专利名称：含硫、金属和沥青质的烃进料的改质方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及含硫、金属和沥青质的重质烃进料的改质和脱硫，更具体地说，本发明涉及用于重质原油或其馏分的改质和脱硫的方法和装置。
脱除原油或其衍生物的可蒸馏馏分中的硫化合物的传统方法是在适当压力和温度下，在分子氢存在下，进行催化加氢。由于该方法在脱除可蒸馏油中的硫时是成本有效的，因此当进料包括含金属的沥青质时就会出现问题。更具体地说，含金属的沥青质的存在导致催化剂减活性，这是由于沥青质的焦化倾向以及金属(特别是通常在沥青质中发现的镍和钒化合物)在催化剂上的积累所致。
另外一种方法包括不可蒸馏油的焦化、高压、脱硫和流化催化裂解，以及用于铺路和其他用途的沥青的生产。但是，所有这些方法具有由于高浓度金属、硫和沥青质的存在而强化的缺点。在焦化不可蒸馏油的情况下，成本高，必须为所得的高硫焦炭找到处置市场。而且，由向焦化装置的进料的沥青质部分制得的产品几乎全部是价值低的焦炭和裂解气。在渣油脱硫的情况下，高压设备的成本、催化剂消耗、和较长的加工时间使该方法异常昂贵。
含于重油中的金属污染和破坏了流化催化裂解单元中催化剂的性能。存在于这种油中的沥青质被转化成高产率的焦炭和气体，这需要高焦炭燃烧要求的操作器。因为通常对硫没有限制，所以沥青市场是处理沥青质的可行方式，但是这种市场的规模和场所有限，精炼厂商可能经常得不到它。
精炼厂商或重油用户另一个可行的方法是将不可蒸馏的重油馏分处理作为工业发电燃料或作为轮船燃料舱燃料。这种馏分作为燃料的处置对精炼厂商来说并不是非常有利可图，因为为了将粘度降低至足以允许操作和运输的程度必须加入更有价值的馏出油，还因为对用户来说，高硫和金属污染物的存在使价值降低。精炼厂商经常使用热转化方法，例如减粘裂化，来降低重燃料油产率。该方法将有限量的重油转化成较低粘度的轻油，但是存在需要使用某些价值更高的馏出油将重油的粘度减至足以允许操作和运输的程度的缺点。并且，重油的沥青质含量严重制约了减粘裂化转化的程度，这可能是因为沥青质倾向于浓缩成为更重的材料，甚至焦炭，并导致所得的燃料油不稳定。
因此，为了处理含硫和金属的原油的不可蒸馏馏分，已经提出了许多方案。虽然很多方案在技术上是可行的，但是它们的工业化程度很低或根本就没有工业化，这主要是因为所用技术的成本太高。通常这种成本采取加剧催化剂被金属和/或碳沉积污染的形式，所述碳沉积来自于尝试转化沥青质馏分。
美国专利4,500,416描述了为解决高金属和沥青质含量所提出的方法的一个例子。在一种实施方案中，含沥青质的烃进料在脱沥青区进行溶剂脱沥青以生成脱沥青油(DAO)馏分和沥青质馏分，其中沥青质馏分在加氢处理区进行催化加氢处理以生成还原的沥青质流，将该沥青质流分馏为轻质馏出馏分和第一重质馏出馏分。第一重质馏出馏分和DAO馏分都热裂解成为产品流，然后将其分馏成为轻质馏分和第二重质馏出馏分，将第二重质馏出馏分送入加氢处理区。
在另一种实施方案中，含沥青质的烃进料在脱沥青区进行溶剂脱沥青以生成脱沥青油(DAO)馏分和沥青质馏分，其中沥青质馏分在加氢处理区进行催化加氢处理以生成还原的沥青质流，将该沥青质流分馏以生成轻质馏出馏分和第一重质馏出馏分。第一重质馏出馏分送入脱沥青区进行脱沥青处理，DAO馏分都热裂解成为产品流，然后将该产品流分馏成为轻质馏分和第二重质馏出馏分，将第二重质馏出馏分送入加氢处理区。
在’416专利的每个实施方案中，沥青质被送入加氢处理区，其中存在于沥青质中的重金属引起许多问题。首先，加氢处理器中重金属的存在引起催化剂的减活化，这增加了操作成本。另外，这种重金属也导致必须向加氢处理器施加更高的压力，这使其设计和操作更加复杂，因而提高了成本。
因此，本发明的目的是提供用于对含硫、金属和沥青质的重质烃进料进行改质和脱硫的新型的改质方法和装置，采用本发明方法和装置减少或基本上克服了所指出的缺点。
优选地，通过对至少一部分基本上不含沥青质、且不含金属的馏出馏分进行催化加氢形成加氢处理流来生产供氢体稀释剂。然后分馏该料流，以形成基本上不含沥青质、且不含金属的馏出物以及供氢体稀释剂。优选的供氢体稀释剂与脱沥青油的比例为约0.25-4份供氢体稀释剂比1份脱沥青油。
在本发明的一个实施方案中，热裂解流的分馏包括对含硫、金属和沥青质的烃进料进行分馏。在另一个实施方案中，用脱沥青油馏分和氢气稀释剂对含硫、金属和沥青质的烃进料进行热裂解。
在脱沥青油的热裂解过程中，供氢体稀释剂的存在用于抑制或基本上消除热裂解器中沥青质的形成。而且，在本发明优选的形式中，向催化加氢处理器的进料是基本上不含沥青质且不含金属的；因此可在加氢处理器中只使用中等压力，从而降低催化加氢处理设备的成本。另外，向催化加氢处理器的改质进料将使催化剂寿命大大延长，从而降低操作成本。
本发明的溶剂脱沥青方法不仅除去了起始进料中的沥青质，而且除去了作为热裂解工艺的副产物形成的沥青质。向热裂解器的DAO进料中不含沥青质，这使热裂解器能够在更严格的条件下操作，从而使馏出产品的产率最大化。已知，热裂解方法的严格条件受到热裂解器中存在的沥青质含量的限制，因为太高的含量会导致沥青质在热裂解器中沉淀，这使得裂解器加热器结焦，或者沥青质在随后的储存或运输中从热裂解器液体中沉淀出来。由于在出现过度焦化前沥青质的存在限制了热裂解器中的转化，因此根据本发明，从向热裂解器的进料中除去沥青质使得操作更严格，转化速率更高，因此成本更低。而且，存在于向热裂解器的进料中的给体稀释剂抑制了热裂解器中沥青质的生成，提供了更高产率的轻质产品。
本发明的另一个优点在于采用脱沥青油的热转化，而不是催化转化。这使得脱沥青工艺如此操作基本上只有沥青质、进而很少的脱沥青油馏分通过溶剂脱沥青器被排到沥青质相，即使这种操作生成脱沥青油，其中当脱沥青油在催化裂化器或催化加氢裂化器中使用时该油具有不可接受的金属和Conradson碳水平。由于在加热下进行向可蒸馏馏分的转化，所以金属和成焦馏分不会对操作成本造成显著的影响。
通过将非馏出的未转化重油循环到溶剂脱沥青单元，使进料中基本上所有的金属完全排入沥青质相中。施加到热裂解器中的含脱沥青油的供氢体馏出物的存在将会抑制或基本上消除成焦馏分浓缩成额外的沥青质，从而提高有价值产品的产率。
根据本发明，在热裂解步骤前，在脱沥青步骤中除去存在于要改质的烃中的沥青质。另外，通过将热裂解产品的非馏出的残留馏分(该馏分可能含有作为热裂解副产物而生成的沥青质)循环到溶剂脱沥青步骤中，可除去裂解器生产的任何沥青质，并且可以使来自热裂解器的脱沥青的非馏出残留馏分返回到热裂解器中进一步裂解。因此，根据本发明，与现有技术相比，从热裂解器的起始原料和循环原料上游除去沥青质使得未经蒸馏的烃转化成馏出物的程度大大提高。
根据本发明，由本发明制得的沥青质可以被另一个燃料用户用作燃料。例如，这些沥青质可以在流化床燃烧器或高粘度燃料油锅炉中用作燃料。另外，这些沥青质可以用作进料加入气化器，或者可以使它们焦化以生产较轻的液体燃料和石油焦炭燃料。如果被气化，由沥青质制得的合成气可以用作用于加氢处理器的氢来源。如果被焦化，由沥青质制得的馏出物燃料任选地可以进行加氢处理，然后与从脱沥青油的裂解得到的馏出物产品相结合，而焦炭可以在固体燃料市场出售。
来自该方法的不含沥青质、不含金属且硫含量较少的馏出馏分无需进一步处理即可用作高级馏出物燃料或精炼厂原料的替代品。
另外，本发明还包括用于实施本发明方法的装置。
发明详述现在参照附图，参考号10A表示本发明装置的第一个实施方案，该方案用于改质通常含硫、金属和沥青质的烃进料11。装置10A包括用于加热进料11和生成经加热的进料13的加热器12，其中进料13进入蒸馏塔14中，该蒸馏塔可以在接近大气压下操作或在低于大气压的极限压力下通过使用两个单独的容器操作。在蒸馏塔14中进行分馏，生产气流15，一个或多个表示为组合流16的基本上不含沥青质、不含金属的馏出物流，以及含硫、沥青质和金属的非馏出馏分18。
气流15可以用作加热步骤的燃料。可以卸出组合流16的一部分作为输出流37，组合流16的剩余部分通过装置17加以转化以生产如下所述的供氢体稀释剂17A；非馏出的或还原的馏分18送入溶剂脱沥青(SDA)单元19，以加工非馏出馏分和生产脱沥青油(DA0)流20和沥青质流21。SDA单元19是通常使用的，因为它使用可回收的轻质烃(例如戊烷、或己烷、或其组合)将馏分18分离成料流20和21。由SDA单元19制得的DAO流20中的金属浓度显著低于送入SDA单元19的馏分18中的金属浓度。另外，沥青质流21中的金属浓度显著高于DAO流20中的金属浓度。节点22用作将供氢体稀释剂17A与脱沥青油流20组合以形成组合流23的装置，其中组合流23在裂化炉中或与裂化反应鼓结合的裂化炉中(表示为热裂解器24)进行热裂解。优选地，脱沥青油流20与供氢体流17A以0.25-4份供氢体比1份脱沥青油的比例组合。施加到热裂解器24的热量和其中料流23的停留时间用于将料流23热裂解成为轻质烃可蒸馏的部分。在不可蒸馏部分的热裂解过程中形成的任何沥青质都是热裂解流25的一部分。
最后，连接到蒸馏塔14上的进口26作为将热裂解流25送入塔中的装置。在塔内，料流25中可蒸馏的部分被分离并循环作为气流15和组合流16的一部分。在重质烃进料11不含显著量的馏出物的情况下，进料11可被直接送入溶剂脱沥青单元19中，而不是进入如附图所示的塔14。此外，当进料11含有硫、金属和沥青质时，进料11可被直接送入如图2所示的装置10B中的热裂解器24。
虽然
图1表示将热裂解的料流25直接返回到塔14中，但是也可能将料流25与进料11混合，从而有助于加热为在塔14中分馏而准备的进料。
优选地，由塔14制得的馏出物的至少一部分，即料流16，在通过管线28也接收气体氢的加氢处理器27中进行催化加氢处理。然后在加热器30中加热管线29中的经加氢处理的产品，并在蒸馏塔31中分馏以生产气流32、轻质馏出物33、中间范围的馏出物34和重质馏出物35。
气流32可以用作例如工艺加热的燃料；或者，可以回收气流中的氢以用于加氢处理器27。料流29也含有来自加氢处理器中脱硫工艺的大量硫化氢。可以采用回收硫的传统技术从气体馏分中容易地除去硫化氢。
中间馏出馏分34(其沸腾范围为约500°F-900°F)的一部分用作用于热裂解工艺的供氢体稀释剂并循环作为料流17A。未用作供氢体的那部分中间馏出馏分34从系统中排出，作为料流36。料流32、33、35、36和37可以组合作为改质的合成原油以在精炼厂中进一步加工，或无需进一步加工就用作发电燃料。
在本发明的一个实施方案中，为了使烃进料中的重质烃裂解，加热器12用作热裂解器。
根据本发明的一个优选实施方案，热裂解器24含有催化剂。在加热器12用作热裂解器的实施方案中，加热器12还可以含有催化剂。当存在催化剂时，在该催化剂的存在下进行热裂解。该催化剂可以存在于热裂解器24和/或加热器12中，但是优选以油可分散的淤浆形式存在，并由相应的进料流输送。
该催化剂优选地促进组合流23或当加热器12用作热裂解器时加热器12的内容物的裂解。在一个实施方案中，该催化剂抑制沥青质的形成。在最优选的实施方案中，催化剂可以兼有上述两种优点。该催化剂优选是选自元素周期表第ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ族的金属及其混合物。最优选的催化剂是钼。该催化剂可以其元素形式或以化合物形式使用。
在另一个实施方案中，在热裂解器24中发生的热裂解在供氢体(如氢气)或供氢体稀释剂流的存在下进行。
在本发明另一个实施方案中，为了改进性能，向热裂解器24供应氢气。此外在加热器12用作热裂解器的实施方案中，可以向加热器12加入氢气。
可以认为，本发明方法和装置提供的优点和改质结果从前面对本发明的描述是显而易见的。可以进行各种改变和改进，且不脱离如下面的权利要求中所描述的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种含硫、金属和沥青质的烃进料的改质方法，所述方法包括a)向蒸馏塔加入所述进料，以生产基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分以及含硫、沥青质和金属的非馏出馏分；b)将至少一部分所述基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分转化为供氢体稀释剂；c)在溶剂脱沥青单元中加工所述非馏出馏分，以生产脱沥青油流和沥青质流；d)将所述供氢体稀释剂与所述脱沥青油流组合形成组合流；e)热裂解所述组合流，以形成经热裂解的料流；和f)将所述经热裂解的料流送入所述蒸馏塔。
2.根据权利要求1的方法，其中将所述供氢体稀释剂与所述脱沥青油流以约0.25-4份供氢体稀释剂比1份脱沥青油的比例组合。
3.根据权利要求2的方法，其中将至少部分所述基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分转化为供氢体稀释剂，该方法包括a)催化加氢至少一部分所述基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分以形成经加氢处理的料流；b)分馏所述经加氢处理的料流，以形成基本上不含沥青质且不含金属的馏出物，以及所述供氢体稀释剂。
4.用于改质含硫、金属和沥青质的烃进料的装置，所述装置包括a)用于接收所述进料并生产基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分以及含硫、沥青质和金属的非馏出馏分的蒸馏塔；b)将至少一部分所述基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分转化成供氢体稀释剂的装置；c)用于加工所述非馏出馏分并生产脱沥青油流和沥青质流的溶剂脱沥青单元；d)将所述供氢体稀释剂与所述脱沥青油流组合以形成组合流的装置；e)用于热裂解所述组合流并形成经热裂解的料流的热裂解器；和f)将所述经热裂解的料流送至所述蒸馏塔的装置。
5.根据权利要求4的装置，该装置包括a)用于处理至少一部分所述基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分并形成经加氢处理的料流的催化加氢处理器；b)用于分馏所述经加氢处理的料流并形成基本上不含沥青质且不含金属的馏出物和所述供氢体稀释剂的蒸馏塔。
6.一种从重质烃进料流生产馏出物流的方法，该方法包括a)将所述进料进行溶剂脱沥青，以生产脱沥青油馏分和沥青质馏分；b)形成供氢体稀释剂；c)在所述氢稀释剂的存在下于热裂解区中加热并热裂解所述脱沥青油馏分，以形成经热裂解的料流；d)在分馏区中分馏所述经热裂解的料流，以生产构成所述馏出物流的馏出馏分，以及构成所述进料流的非馏出馏分。
7.根据权利要求6的方法，其中将所述供氢体稀释剂与所述脱沥青油馏分以约0.25-4份供氢体稀释剂比1份脱沥青油的比例组合。
8.根据权利要求6的方法，其中所述供氢体稀释剂通过加氢处理一部分所述馏出物流来生产。
9.根据权利要求8的方法，其中分馏所述经热裂解的料流的步骤包括分馏含硫、金属和沥青质的烃进料。
10.根据权利要求8的方法，包括在所述热裂解区中将含硫、金属和沥青质的烃进料进行热裂解。
11.根据权利要求6的方法，包括燃烧至少一部分所述馏出物流以发电。
12.根据权利要求6的方法，包括燃烧至少一部分沥青质馏分以满足工艺加热的至少一部分要求。
13.根据权利要求6的方法，其中所述供氢体稀释剂中的至少部分氢通过气化至少一部分所述沥青质馏分而形成。
14.一种含硫、金属和沥青质的烃进料流的改质方法，所述方法包括a)裂解所述烃进料流，以形成经裂解的烃进料流；b)将所述经裂解的烃进料流输送到蒸馏塔，以生产基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分以及含硫、沥青质和金属的非馏出馏分；c)将至少一部分所述基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分转化为供氢体稀释剂；d)在溶剂脱沥青单元中加工所述非馏出馏分，以生产脱沥青油流和沥青质流；e)组合所述供氢体稀释剂和所述脱沥青油流，以形成组合流；f)热裂解所述组合流以形成经热裂解的料流；和g)将所述经热裂解的料流输送到所述蒸馏塔。
15.根据权利要求1的方法，其中所述组合流的热裂解在催化剂的存在下进行。
16.根据权利要求15的方法，其中该催化剂促进所述组合流的裂解。
17.根据权利要求15的方法，其中该催化剂抑制沥青质的形成。
18.根据权利要求15的方法，其中该催化剂抑制沥青质的形成，并且其中该催化剂促进所述组合流的裂解。
19.根据权利要求15的方法，其中该催化剂是选自元素周期表第ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ族的金属及其混合物。
20.根据权利要求15的方法，其中该催化剂是钼。
21.根据权利要求1的方法，其中所述热裂解在供氢体的存在下进行。
22.根据权利要求21的方法，其中该供氢体是氢气。
23.根据权利要求21的方法，其中该供氢体是供氢体稀释剂料流。
24.用于含硫、金属和沥青质的烃进料流的改质装置，所述装置包括a)用于裂解所述烃进料流从而生产经裂解的烃进料流的热裂解器；b)用于接收所述经裂解的烃进料流并生产基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分以及含硫、沥青质和金属的非馏出馏分的蒸馏塔；c)将至少部分所述基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分转化成供氢体稀释剂的装置；d)用于加工所述非馏出馏分并生产脱沥青油流和沥青质流的溶剂脱沥青单元；e)用于组合所述供氢体稀释剂和所述脱沥青油流以形成组合流的装置；f)用于热裂解所述组合流并形成经热裂解的料流的热裂解器；和g)将所述经热裂解的料流输送到所述蒸馏塔的装置。
25.根据权利要求4的装置，其中该热裂解器含有催化剂。
26.根据权利要求24的装置，其中该催化剂促进所述组合流的裂解。
27.根据权利要求24的装置，其中该催化剂抑制沥青质的形成。
28.根据权利要求24的装置，其中该催化剂既抑制沥青质的形成，又促进所述组合流的裂解。
29.根据权利要求24的装置，其中该催化剂是选自元素周期表第ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ族的金属及其混合物。
30.根据权利要求24的装置，其中该催化剂是钼。
31.根据权利要求6的装置，其中该热裂解器含有催化剂。
全文摘要
含硫、金属和沥青质的烃进料(11)的改质包括将进料(11)输送到蒸馏塔(14)中,以生产基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分以及含硫、沥青质和金属的非馏出馏分(18)。至少部分基本上不含沥青质且不含金属的馏出馏分被转化成供氢体稀释剂。在溶剂脱沥青单元(19)中加工非馏出馏分(18),以生产脱沥青油流(20)和沥青质流(21)。在由供氢体稀释剂和脱沥青油流形成组合流(23)之后,将组合流(23)进行热裂解,形成经热裂解的料流(25),将该料流输送到蒸馏塔(14)中。
文档编号C10G67/00GK1323339SQ99812305
公开日2001年11月21日 申请日期1999年8月31日 优先权日1998年9月3日
发明者R·J·弗莱迪, P·B·莱特戈, R·S·戈尔德斯泰恩 申请人:奥马特工业有限公司