制备具有高十六烷值的柴油的方法和设备的制造方法
【专利说明】制备具有高十六烷值的柴油的方法和设备
[0001]早期国家申请的优先权要求
[0002]本申请要求2013年8月30日提交的美国申请N0.14/014,524的优先权。
技术领域
[0003]本发明领域涉及用于制备柴油的烃转化方法和设备。
【背景技术】
[0004]认识到由于环境顾虑和近期制定的准则和规章，可销售的石油产品必须满足关于污染物如硫和氮的越来越低的极限。新规章要求从用于运输燃料如汽油和柴油中的液态烃中基本完全除去硫。例如，超低硫柴油(ULSD)通常要求少于I Owppm硫。
[0005]加氢加工是使所选择的原料和含氢气体在反应容器中在升高的温度和压力条件下与合适的催化剂接触的方法。加氢裂化指其中烃在氢气和催化剂的存在下裂化成较低分子量烃的方法。加氢裂化为用于使烃进料如减压瓦斯油(VGO)裂化成柴油(包括煤油和汽油发动机燃料)的方法。加氢处理是将活性物质加氢加工以除去杂原子如硫和氮并将烃原料中的不饱和化合物饱和的一类方法。
[0006]加氢处理和加氢裂化将烃上的硫转化成硫化氢并将烃上的氮转化成氨。氨为加氢加工催化剂如加氢裂化催化剂和饱和催化剂(特别是贵金属饱和催化剂)的催化剂毒物。将硫化氢和氨气从液态烃料流中汽提出来以制备它们用于进一步催化加工并提供具有低硫的燃料产物。
[0007]在较高压力如12.4MPa(1800psig)至17.2MPa(2500psig)下，加氢处理也可将芳族化合物饱和以提高由含烃进料产生的柴油的十六烷值或者使它更容易加氢裂化。然而，在较低的压力下，加氢处理催化剂在将芳族化合物饱和方面是较无效的。高压加工在资本和操作基础方面更加昂贵，因为它要求更强的冶金和压缩系统。
[0008]因此，仍需要以较低成本制备具有较低硫含量和较高十六烷值的柴油产物的改进方法。
[0009]发明概述
[0010]在工艺实施方案中，提供制备柴油的方法，其包括将含烃原料在加氢处理反应器中在有效产生经加氢处理的料流的条件下在加氢处理催化剂下用氢气加氢处理。将轻气体从经加氢处理的料流中汽提出来以提供汽提的经加氢处理的料流。将汽提的经加氢处理的料流中的芳族化合物饱和以产生饱和料流。将轻气体从饱和料流中汽提出来以提供汽提的饱和料流。最后，将汽提的饱和料流分馏以产生柴油料流。
[0011]在设备实施方案中，提供制备柴油的设备，其包含用于将含烃原料加氢处理以产生经加氢处理的料流的加氢处理反应器。第一汽提段与加氢处理反应器连通用于将轻气体从经加氢处理的料流中汽提出来。饱和反应器与第一汽提段连通用于将芳族化合物饱和。第二汽提段与饱和反应器连通用于将轻气体从饱和料流中汽提出来。最后，分馏塔与第二汽提段连通。
[0012]其它实施方案包括设备和方法的其它细节。
[0013]附图简述
[0014]附图为本发明实施方案的简化工艺流程图。
[0015]定义
[0016]术语“连通”意指在所列组件之间在操作上容许材料流动。
[0017]术语“下游连通”意指至少一部分流入下游连通对象中的材料可在操作上从它连通的对象流出。
[0018]术语“上游连通”意指至少一部分从上游连通对象流出的材料可在操作上流入它连通的对象中。
[0019]术语“直接连通”意指来自上游组件的流进入下游组件中而不经历由于物理分馏或化学转化而导致的组成变化。
[0020]本发明所用的术语“主要”或“占优势”指大于50%，适当地大于75%，优选大于90%。
[0021]术语“塔”意指蒸馏塔或用于分离一种或多种具有不同挥发度的组分的塔，且可具有在其底部的再沸器和在其顶部的冷凝器。除非另外指出，各塔包含在塔顶部的冷凝器以冷凝并使一部分顶部料流回流返回至塔的顶部和在塔底部的惰性气体注射或再沸器以气化并将一部分底部料流送回塔的底部。可将塔的进料预热。顶部压力为塔的出口处顶部蒸气的绝对压力。底部温度为液体底部出口温度。
[0022]如本文所用，术语“真沸点”(TBP)意指用于测定材料的沸点的试验方法，其对应于ASTM D2892，其用于生产标准质量的液化气、蒸馏馏分和残油，基于此可获得分析数据，并在塔中以5:1回流比使用15个理论塔板测定以上馏分的质量和体积收率，由此产生温度相对于蒸馏质量％的图。
[0023]如本文所用，术语“柴油沸程”意指使用真沸点蒸馏方法，其中至少5体积％的烃在不小于132°C (270°F )的温度下沸腾，且不大于95体积％的烃在不大于399°C (750°F)，优选377°C(710°F)的温度下沸腾的烃。
[0024]如本文所用，术语“减压瓦斯油沸程”意指使用真沸点蒸馏方法，其中至少5体积％的经在不小于315°C (600°F )的温度下沸腾，且不大于95体积％的经在不大于566°C (1050°F)的温度下沸腾的烃。
[0025]术语“加氢处理”通常指双键和三键的饱和以及从杂芳族化合物中除去杂原子(氧、硫、氮和金属)。通常，要“加氢处理”意指要将烃料流用氢气处理而不对烃料流中的分子的碳骨架做出任何实质性变化，同时由杂芳族化合物中的杂原子相应地产生水、硫化氢和氨。在加氢处理时，金属通常合并到催化剂上。
[0026]术语“加氢裂化”通常指高分子量材料在氢气的存在下以及通常在催化剂的存在下分解成较低分子量材料。例如，要“加氢裂化”意指将烃分裂以形成2个烃分子。
[0027]发明详述
[0028]在较低压力下加氢处理节约资本和操作成本，但不能将芳族化合物充分地饱和以提高十六烷值。我们建议提供贵金属饱和催化剂以提供十六烷值提高，但它必须在不含贵金属催化剂毒物的环境中操作。因此，将轻材料在加氢处理反应器下游汽提以除去芳族化合物饱和反应器上游的这类毒物。也可将饱和料流汽提以除去产物分馏塔上游的硫化氢和氨。
[0029]在一个方面中，本文所述方法和设备特别用于将包含柴油或VGO沸程烃的含烃原料加氢加工。说明性烃原料包括具有初沸点在288 °C (550°F )以上的组分的含烃料流，例如常压瓦斯油，减压瓦斯油，脱沥青、减压和常压残油，加氢处理或温和加氢裂化残油、焦化器馏分、直馏馏分、溶剂-脱沥青油、热解衍生油、高沸点合成油、循环油、催化裂化器馏分等。这些含烃原料可包含0.1-4 %硫。
[0030]优选的含烃原料为瓦斯油料流或主要在287°C(550°F)以上且510°C(950°F)以下的温度下沸腾的其它烃馏分。
[0031]转向附图，更详细地描述提供低硫高十六烷值柴油的示例联合低压加氢加工设备和方法。本领域技术人员应当理解没有描述或阐述上述方法的各个特征，例如栗、使用仪器、热交换和回收装置、冷凝器、压缩机、闪蒸罐、进料罐和传统上用于烃转化方法的商业实施方案中的其它辅助或多种工艺设备。应当理解该附属设备可用于本文所述流程图的商业实施方案中。此类辅助或多种工艺设备可由本领域技术人员得到和设计而不需要不适当的实验。
[0032]附图显示用于制备低硫、高十六烷值柴油料流的方法和设备10。可将管线11中的来自一个或多个补充气体压缩机13的补充氢气料流连同管线17中的来自循环气体压缩机150的再循环气流一起供入氢气管线15中。氢气管线15可分流成3个分流管线16、85和102。将含烃原料引入含烃进料管线12中，预热并与第一分流管线16中的氢气料流结合以提供管线14中的含烃原料和氢气的混合物。
[0033]将管线14中的含烃原料和氢气的混合物在火焰加热器中加热并供入加氢处理反应区20中的第一加氢处理反应器22中。图中所示第一加氢处理反应器22可伴随加氢处理反应区20中的第二加氢处理反应器24。预期更多的加氢处理反应器。加氢处理反应器22、24各自可具有恰好一个加氢处理催化剂床26或者可具有多个加氢处理催化剂床26、28。氢气骤冷料流18可绕过加热器，分离并供入来自加氢处理催化剂床26、28或加氢处理反应器22、24的流出物中以将热加氢处理流出物冷却。第一经加氢处理的料流在管线23中离开第一加氢处理反应器20 ο加氢处理反应区20中的一个或这两个加氢处理反应器22、24可以以连续液相或气相操作。经加氢处理的料流30在管线30中离开第二加氢处理反应器24和加氢处理区
20 ο
[0034]在加氢处理中，使氢气与含烃原料在合适加氢处理催化剂的存在下接触，所述加氢处理催化剂主要对从烃原料中除去杂原子如硫和氮和将不饱和烃饱和而言是活性的。在加氢处理反应器22、24中，条件有效用于加氢处理反应以便与任何其它反应相比占优势而产生管线30中的经加氢处理的料流。用于本发明中的合适加氢处理催化剂为任何已知的常规加氢处理催化剂，且包括由在高表面积载体材料，优选氧化铝上的至少一种VIII族金属，优选铁、钴和镍，更优选钴和/或镍，和至少一种VI族金属，优选钼和钨组成的那些。其它合适的加氢处理催化剂包括沸石催化剂，以及其中贵金属选自钯和铂的贵金属催化剂。多于一类加氢处理催化剂用于相同的反应容器中的情况在本发明范围内。VIII族金属通常以2-20重量%，优选4-12重量%的量存在。VI族金属通常以1-25重量%，优选2_25重量％的量存在。
[0035]合适的加氢处理反应条件包括371°(:(700°卩)至482°(:(900°卩)，优选388°(:(730°卩)至460°C (860°F)的温度和0.lhr—1至lOhr—1的新鲜含烃原料液时空速，用加氢处理催化剂或加氢处理催化剂的组合。在一方面中，加氢处理反应区在比典型的加氢处理器更低的压力，例如 3.5MPa(表压)(500psig)至11.7MPa(表压)(1700psig)，优选 9.010^(表压)(1300?818)至11.0MPa(表压)(1600psig)的压力下操作。在一个方面中，具有比含烃原料更低的有机硫和氮浓度和改进的十六烷值的加