DE69718083T2

DE69718083T2 - Zweistufiges Wasserstoffbehandlungsschema mit wiederverwertbarem Gas in Reihenfluss

Info

Publication number: DE69718083T2
Application number: DE69718083T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Goebel; Michael G. Hunter
Original assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Current assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: EP0787787A3; AU1018097A; JP4291888B2; BR9700719A; RU2174534C2; CA2195708C; HU223694B1; MX9700572A; HU9700197D0; JPH09194853A; PL318053A1; US5958218A; ZA97286B; KR100452253B1; CN1085241C; PL184450B1; HUP9700197A1; CA2195708A1; DE69718083D1; EP0787787A2

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Wasserstoffverarbeitung von Kohlenwasserstoffströmen, einschließlich Hydroreformieren und Hydroaufbereitung von solchen Strömen in einer Erdölraffinerie oder Chemieanlage.

Hintergrund der Erfindung

Auf Kohlenwasserstoffen basierende Petroleum- und Synthetiköle lassen sich aus einer Reihe von grundsätzlichen Quellen, einschließlich Rohöl, Teersand, Schieferöl und verflüssigten, auf Kohle basierenden, Zusammensetzungen, gewinnen. Solche Öle werden in Raffinerien und Chemieanlagen verarbeitet, um unerwünschte Bestandteile zu entfernen und um die auf Kohlenwasserstoffen basierenden Öle chemisch zu verändern, um Ströme herzustellen, die einen höheren Wert haben als die Ströme, welche entweder natürlich verkommen oder zur Aufbereitungsanlage geliefert werden. Zwei dieser Verfahren, welche in Erdölraffinerien verwendet werden, sind Hydrobehandlung und Hydroreformieren.
In einem Hydroaufbereitungsprozess reagiert typischerweise Wasserstoff in der Gegenwart eines Katalysators mit einem auf Kohlenwasserstoff basierenden Öl, um organische Schwefel- und Stickstoffverbindungen in Schwefelwasserstoff beziehungsweise Ammoniak umzuwandeln, welcher relativ einfach aus dem auf Kohlenwasserstoffen basierendem Strom entfernt werden kann. Verschiedene andere Reaktionen finden gleichzeitig im gleichen Reaktionsgefäß statt, einschließlich Hydrierung.
Ein Hydroreformierungsprozess wird ebenso in der Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, jedoch typischerweise bei strengeren Bedingungen als bei Hydrobehandlungsprozessen verwendeten. Insbesondere wird Hydroreformieren typischerweise bei einem deutlich höheren Druck als bei Hydroaufbereitung durchgeführt und unterscheidet sich andererseits von Hydroaufbereitung dahingehend, das es ein Ziel von Hydroreformieren ist, große Moleküle in kleinere zu zerbrechen, welche einen höheren Wert haben.
In beiden Prozessen wird Wasserstoff verwendet, und da die Verarbeitungseinheiten bei relativ hohen Drücken betrieben werden, sind die Investitions- und Betriebskosten zur Komprimierung signifikant. Verschiedene Erfindungen wurden offenbart, welche sich auf die Konfiguration der Verarbeitungseinheiten in Bezug auf das Wasserstoffsystem beziehen, häufig mit dem Ziel, Investitions- und Betriebskosten zu senken, während die Flexibilität der Verarbeitungsausstattung erhöht wird.
Das für Baral ausgestellte U.S. Patent Nr. 3,592,757 lehrt einen Hydrofiner (im Wesentlichen das Gleiche wie ein Hydroaufbereiter), der in Reihe mit einem Hydroreformierer mit einer Fraktion des Produktes, welche in einen Hydrierapparat eingespeist wird, operiert. Eine Gasölzuführung wird sowohl mit Aufbereitungs- als auch Regenerierwasserstoff in einen Hydrofiner gespeist. Ein Regenerierstrom und zusätzlicher Regenerierwasserstoff werden dem Hydrofinerproduktstrom zugesetzt, und diese Mischung wird in einen Hydroreformierer eingespeist, Der Hydroreformier-produktstrom wird gekühlt und in einen Dampf- und einen Flüssigkeitsstrom getrennt. Der Dampfstrom wird durch einen Regenerierwasserstoffkompressor zur Regeneration zum Hydrofiner geleitet. Der Flüssigkeitsstrom wird in Ober-, Mittel- und Grundströme fraktioniert. Der Grundstrom wird im Hydroreformierer wiederverwertet. Der Mittelstrom wird mit Wasserstoff aus einem Wasserstoffaufbereitungskompressor gemischt in einen Hydrierapparat gelenkt. Wiedergewonnener Wasserstoff aus dem Hydrierapparat wird in einer Stufe des Wasserstoffaufbereitungskompressors komprimiert und zum Hydrofiner gelenkt.
Das für Haun et al. ausgestellte U.S. Patent Nr. 5,114,562 lehrt einen Zweistufenwasserstoffentschwefelungsprozess (im Wesentlichen das Gleiche wie eine Hydroaufbereitung) und einen Hydrierprozess für Destillatkohlenwasserstoffe. Zwei separate Reaktionszonen werden in Reihe eingesetzt, eine erste für Wasserstoffentschwefelung und eine zweite für Hydrierung. Die Einspeisung wird mit wiederverwertetem Wasserstoff gemischt und in einen Entschwefelungsreaktor eingespeist. Schwefelwasserstoff wird vom Produkt des Entschwefelungsreaktors durch einen Wasserstoffgegenstrom abgetrennt. Dieser Mittelproduktstrom der Trennoperation wird mit vergleichsweise reinem wiederverwerteten Wasserstoff gemischt und die Mischung in eine Hydrierungsreaktorzone eingespeist. Wasserstoff wird vom Hydrierreaktor wiedergewonnen und als Teilstrom im Entschwefelungsreaktor und im Hydrierreaktor wiederverwertet. Der Wasserstoff von der Trennoperation wird durch einen Separator geleitet, gemischt mit der Menge des wiederverwerteten Wasserstoffs, der zum Hydrierreaktor gelenkt wurde, komprimiert, durch eine Behandlungsstufe geleitet, und im Hydrierungsreaktor wiederverwertet. Demzufolge passiert der Kohlenwasserstoffeinspeisungsstrom in Reihe die Entschwefelungs- und Hydrierungsreaktoren, während Wasserstoff mit vergleichsweise niedrigem Druck für den Entschwefelungsschritt zu Verfügung gestellt wird und Wasserstoff mit vergleichsweise hohem Druck für den Hydrierungsschritt zur Verfügung gestellt wird.
Das für Vauk et al. ausgestellte U.S. Patent Nr. 5,403,469 lehrt ein Verfahren zu Herstellung einer Einspeisung aus einer flüssigkatalytischen Crackeinheit (FCCU) und Mitteldestillat. Separate Einspeisungsströme aus einem Vakuumturm werden parallel durch einen Hydroreformierer und einen Hydroaufbereiter verarbeitet, ein vergleichsweise leichterer Zufuhrstrom in den Hydroreformierer und ein vergleichsweise schwerer Zufuhrstrom in den Hydroaufbereiter. Eine gebräuchliche Quelle von wiederverwerteten und aufbereitetem Wasserstoff wird parallel den Hydroreformier- und Hydroaufbereitungsstufen eingespeist. Die Produktströme aus den Hydroreformier- und den Hydroaufbereitungsschritten werden in einem gebräuchlichen Separator in Flüssig- und Dampfströme getrennt. Infolgedessen operieren die Hydroreformier- und die Hydroaufbereitungsschritte bei gleichem Druck. Dies erfordert entweder, den Hydroaufbereitungsschritt bei einem höheren als dem optimalen Druck auszuführen und/oder den Hydroreformierschritt bei einem niedrigerem als dem optimalen Druck auszuführen, da typischerweise ein Hydroreformierer bei einem signifikant höherem Druck betrieben wird als ein Hydroaufbereiter. Mit aufbereitetem Wasserstoff, der zugesetzt wird, um den Druck beizubehalten, wird Regenerierwasserstoff aus dem gebräuchlichen Separator wiederverwertet und in einen Regeneriergaskompressor geleitet, der das Gas vor der parallelen Weiterlieferung an den Hydroreformierer und den Hydroaufbereiter komprimiert. In einer alternativen Ausführungsform ist die Zufuhr zum Hydroreformierer ein Regenerierstrom von einem Fraktionierer, der das vereinigte Produkt aus dem Hydroaufbereiter und dem Hydroreformierer trennt.
Das für Wrench et al. ausgestellte U.S. Patent Nr. 3,779,897 lehrt die Herstellung von Benzin durch ein Verfahren von Hydroaufbereitung einer Schwefel und Stickstoff enthaltenden Petroleumfraktion, die in dem Bereich von etwa 204ºC (400ºF) bis etwa 538ºC (1000ºF) siedet, und schrittweise Hydroreformieren des flüssigen Abflusses aus dem Hydroaufbereitungsschritt. In dem Hydroaufbereitungsschritt werden die in der Petroleumfraktion vorhandenen Schwefel- und Stickstoffverbindungen in Schwefelwasserstoff bzw. Ammoniak umgewandelt. Der Schwefelwasserstoff und der Ammoniak werden von dem flüssigen Kohlenwasserstoffanteil des Abflusses der Hydroaufbereitungsreaktion abgetrennt und der im Schwefel- und Stickstoffgehalt reduzierte flüssige Kohlenwasserstoff dient als Beladung der Hydroreformierreaktion. In der Hydroreformierreaktion werden Kohlenwasserstoffe, die oberhalb von etwa 204ºC (400ºF) sieden, in Kohlenwasserstoffe, welche unterhalb von etwa 204ºC (400ºF) sieden, gekrackt.
Obwohl sehr viele Fortschritte auf diesem Gebiet stattgefunden haben, verbleibt Bedarf für eine parallele Wasserstoffbehandlungskonfiguration, wobei parallele Reaktoren bei unterschiedlichen Wasserstoffpartialdrücken operieren, und dennoch Investitions- und Anlagenkosten für Komprimierung relativ zu konventionellen Konfigurationen reduziert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

In der vorliegenden Erfindung werden Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialströme in parallelen Reaktoren mit durch Reaktoren in Reihe fließenden Wasserstoff wasserstoffverarbeitet. Ein erstes Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial, wie beispielsweise leichtes Vakuumgasöl, wird mit einem wasserstoffreichen Regenerierstrom in einen ersten Reaktor eingespeist, wie einem Hydroreformierer. Der Ausstrom des ersten Reaktors wird in einen ersten wasserstoffreichen Strom und einen Erstreaktorproduktstrom getrennt. Ein zweites Kohlenwasserstoffeinsatzprodukt, wie beispielsweise schweres Vakuumgasöl, wird mit dem ersten wasserstoffreichen Strom in einen zweiten Reaktor eingespeist, wie beispielsweise einen Wasserstoffaufbereiter. Der Ausstrom des zweiten Reaktors wird in einen zweiten wasserstoffreichen Strom und in einen Zweitreaktorproduktstrom getrennt. Aufbereiteter Wasserstoff wird dem zweiten wasserstoffreichen Strom zugesetzt, und die Kombination wird komprimiert und wiederverwertet, um den Regenerierwasserstoffstrom zu bilden.
Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur parallelen Wasserstoffbehandlung von ersten und zweiten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial mit Wasserstoffregenerierung im Reihenfluss zur Verfügung. Das Verfahren umfasst die Schritte von:
Wasserstoffbehandlung des ersten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials mit einem wasserstoffreichen Regeneriergasstrom in einer ersten Reaktorzone um einen Erstreaktorausflussstrom zu bilden; Abtrennen des Erstreaktorausflussstromes, um einen ersten wasserstoffreichen Gasstrom und einen ersten wasserstoffbehandelten Produktstrom zu bilden; Wasserstoffbehandlung des zweiten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials mit dem ersten wasserstoffreichen Gasstrom in einer zweiten katalytischen Reaktorzone bei einem niedrigerem Wasserstoffpartialdruck als in der ersten Reaktorzone, um einen Zweitreaktorausflussstrom zu bilden; Abtrennen des Zweitreaktorausflussstromes, um einen zweiten wasserstoffreichen Gasstrom und einen zweiten wasserstoffbehandelten Produktstrom zu bilden; Komprimieren des zweiten wasserstoffreichen Gasstromes; und Addition eines aufbereiteten Wasserstoffstromes zu dem zweiten wasserstoffreichen Gasstrom um einen wasserstoffreichen Regeneriergasstrom für die Wasserstoffbehandlung in der ersten Reaktorzone zu bilden, worin das erste Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial eine Vakuumgasölfraktion umfasst, die einen Siedebereich zwischen etwa 298-558ºC (600-1100ºF) hat, und das zweite Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial eine schwere Vakuumgasölfraktion oder schweres Gasöl umfasst, welche von einer oder mehreren Methoden zur Rückstandsbehandlung wie Lösungsmittelasphaltentziehung, verzögerter Verkokung, Viskositätsbrechen und thermisches Kracken erhalten wird. Der aufbereitete Wasserstoffstrom kann dem wasserstoffreichen Gasstrom entweder vor oder nach dem Kompressionsschritt zugesetzt werden.
In einer Ausführungsform ist das erste Wasserstoffeinsatzmaterial eine Vakuumgasölfraktion mit einem Siedebereich oberhalb von etwa 381ºC (750ºF) und das zweite Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial eine Vakuumgasölfraktion mit einem Siedebereich unter etwa 492ºC (950ºF).
Die erfindungsgemäße Methode kann z. B. in einer Wasserstoffbehandlungsanlage für parallele Wasserstoffbehandlung von ersten und zweiten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien mit Wasserstoffregenerierung im Reihenfluss, wie im folgenden beschreieben wird, durchgeführt werden:
Die Wasserstoffbehandlungsanlage umfasst: erste und zweite Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialströme; eine erste katalytische Reaktorzone zur Wasserstoffbehandlung des ersten Kohlenwasserstoffproduktstromes mit einem wasserstoffreichen Regeneriergasstrom; ein erster Separator oder Reihen von Separatoren zur Abtrennung eines Ausflussstromes aus der ersten Reaktorzone in einen ersten wasserstoffreichen Gasstrom und einen ersten wasserstoffbehandelten Produktstrom; eine zweite katalytische Reaktorzone zur Wasserstoffbehandlung des zweiten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialstromes mit dem ersten wasserstoffreichen Gasstrom; einen zweiten Separator oder Reihen von Separatoren zur Abtrennung eines Ausflussstromes aus der zweiten Reaktorzone in einen zweiten wasserstoffreichen Gasstrom und einen zweiten wasserstoffbehandelten Produktstrom; ein aufbereiteter Wasserstoffstrom zur Zusetzung von aufbereiteten Wasserstoff zum zweiten wasserstoffreichen Gasstrom; und einem Kompressor zur Komprimierung des zweiten wasserstoffreichen Gasstromes zu der ersten Reaktorzone als wasserstoffreiche Regeneriergasstrom.
Die Wasserstoffbehandlungsanlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet bevorzugt einen Fraktionierer für Vakuumgasöl zur Herstellung einer schweren Fraktion mit einem Siedebereich von über etwa 381ºC (750ºF) und einer leichten Fraktion mit einem Siedebereich von unter etwa 492ºC (950ºF); eine Leitung zum Zuführen der leichten Vakuumgasölfraktion in die erste Reaktorzone als den ersten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialstrom; und eine Leitung zum Zuführen der schweren Vakuumgasölfraktion in die zweite Reaktorzone als den zweiten Kohlenwasserstoffmaterialstrom.
Die Wasserstoffbehandlungsanlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet bevorzugt eine Fraktionierkolonne zum Erhalt und Fraktionieren der ersten und zweiten wasserstoffbehandelten Produktströme in eine Vielzahl von Fraktionsproduktströmen; und eine Leitung zur Wiederverwertung von mindestens einem Fraktionsproduktstrom zum ersten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialstrom.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Verbesserung in einem Verfahren zur Verfügung, umfassend parallele Wasserstoffbehandlung von ersten und zweiten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialströmen in ersten beziehungsweise zweiten Reaktorzonen, und Abtrennung der Abflüsse aus den Reaktionszonen um mindestens ein wasserstoffbehandeltes flüssiges Produkt und wasserstoffreiches Regeneriergas zu bilden. Die Verbesserung umfasst: Abtrennung der wasserstoffbehandelten Abflüsse in getrennten ersten und zweiten Separatoren, um erste beziehungsweise zweite wasserstoffreiche Gasströme und erste und zweite wasserstoffbehandelte flüssige Produktströme zu bilden; Betreiben der zweiten Reaktorzone bei einem niedrigerem Wasserstoffpartialdruck in Bezug auf den Wasserstoffpartialdruck der ersten Reaktorzone; Zuführen des ersten wasserstoffreichen Gasstroms aus der ersten Reaktorzone zu der zweiten Reaktorzone, um die Anforderungen an Wasserstoff der zweiten Reaktorzone im Wesentlichen zu befriedigen; und Hinzufügen von aufbereitetem Wasserstoff und Komprimieren des zweiten wasserstoffreichen Gasstroms aus dem zweiten Separator zur Einspeisung in die erste Reaktorzone. Der aufbereitete Wasserstoff kann zu dem zweiten wasserstoffreichen Gasstrom entweder auf der Saugseite oder auf der Austrittsseite des Kompressors zugefügt werden.
In einer Ausführungsform ist der erste Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialstrom bevorzugt eine Vakuumgasölfraktion mit einem Siedebereich oberhalb von etwa 381ºC (750ºF) und der zweite Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialstrom ist bevorzugt eine Vakuumgasölfraktion mit einem Siedebereich unter etwa 492ºC (959ºF).
In weiteren Ausführungsformen ist der erste Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialstrom bevorzugt eine Fraktion von Vollbereichsvakuumgasöl mit einem Siedebereich von annähernd 298ºC (600ºF) bis 558ºC (1100ºF) und der zweite Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialstrom ist bevorzugt eine schwere Vakuumgasölfraktion, welche aus einer oder mehreren Methoden zur Rückstandsbehandlung, wie Lösungsmittelasphaltentziehung, verzögerter Verkokung, Viskositätsbrechen und thermisches Kracken und Ähnlichem, erhalten wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Prozessablaufdiagramm für die parallele Wasserstoffbehandlung von Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien in ersten und zweiten katalytischen Reaktoren unter Verwendung von Wasserstoff, der in einer Regenerierschleife in Reihe durch den ersten und dann durch den zweiten Reaktor fließt, welcher im Anschluss, einhergehend mit aufbereiteten Wasserstoff, komprimiert wird, und für den ersten Reaktor wiederverwertet wird.
Fig. 2 ist ein vereinfachtes Prozessablaufdiagramm für das parallele Hydroreformieren und Wasserstoffaufbereiten von Vakuumgasölströmen in einer Anwendung für die Veredelung atmosphärischer Rückstände.
Fig. 3 ist ein vereinfachtes Prozessablaufdiagramm für die Wasserstoffbehandlung eines atmosphärischen Rückstandes oder eines Vakuumgasölstromes und Hydroreformieren eines Regenerierstromes aus einer üblichen Fraktionierung von Wasserstoffbehandlungs- und Hydroreformierproduktströmen, einer Anwendung, die die Produktion von Mitteldestillaten betont.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Konfigurationen von parallelen Wasserstoffbehandlungsreaktoren, welche eine Wasserstoffregenerierschleife in Reihe verwenden, sind in Fig. 1-3 dargestellt. Der Ausdruck "Kohlenwasserstoff", wie er hier verwendet wird, bezieht sich im weiteren Sinne auf jede beliebige Verbindung, die sowohl Wasserstoff, als auch Kohlenstoff enthält, und schließt flüssige, dampfförmige und kombinierte flüssig/dampfförmige Ströme, welche mehr als etwa 90 Gewichtsprozent Wasserstoff und Kohlenstoff, berechnet als die Elemente, mit ein.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird in einem parallelen Wasserstoffbehandlungsverfahren 10 ein erstes Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial 12 und ein wasserstoffreicher Regeneriergasstrom 14 in eine erste katalytische Reaktorzone 15 eingeführt. Ein Erstreaktorausflussstrom 16 wird in der ersten katalytischen Reaktorzone 15 hergestellt und in einen ersten Separator 17 eingespeist. Der erste Separator 17 trennt den Erstreaktorausflussstrom 16 in einen dampfförmigen wasserstoffreichen ersten Gasstrom 18 und einen ersten wasserstoffbehandelten Produktstrom 19.
Der erste wasserstoffreiche Gasstrom 18 und ein zweites Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial 20 werden in eine zweite katalytische Reaktorzone 21 eingespeist. Ein Zweitreaktorausflussstrom 22 wird in der zweiten katalytischen Reaktorzone 21 hergestellt und einem zweiten Separator 23 eingespeist. Der zweite Separator 23 trennt den Zweitreaktorausflussstrom 22 in einen dampfförmigen wasserstoffreichen zweiten Gasausflussstrom 24 und einen flüssigen zweiten wasserstoffbehandelten Produktstrom 26.
Der zweite wasserstoffreiche Gasstrom 24 wird in einem Kompressor 27 komprimiert und ein aufbereiteter Wasserstoffstrom 28 wird zugefügt, um den wasserstoffreichen Regeneriergasstrom 14 zu bilden, der in der ersten katalytischen Reaktorzone 14 eingespeist wird. Alternativ kann der aufbereitete Wasserstoffstrom 28 zu dem zweiten wasserstoffreichen Gasstrom 24 auf der Saugseite des Kompressors 27 zugefügt werden, um den wasserstoffreichen Regeneriergasstrom 14 zu bilden.
Die ersten und zweiten katalytischen Reaktorzonen 15 und 21 können jeglicher wasserstoffbehandelnder Reaktor sein, welcher konventionell in Raffinerien und Chemieanlagen verwendet wird, wie beispielsweise Wasserstoffbehandlung (einschließlich Wasserstoffentschwefelung und Wasserstoffentstickung, Hydroreformierung, Hydrierung, Isomerisierung, Aromatensättigung, Wachsentfernung, und vergleichbare Reaktoren). Kohlenwasserstoffverbindungen, welche in den ersten und zweiten katalytischen Reaktorzonen 15 und 21 umgewandelt werden können, schließen Organoschwefel-, Organostickstoff-, und metallorganische Verbindungen, und Olefin-, aromatische, aliphatische, cycloaliphatische, acetylenische, alkylarylaromatische und arylalkylaromatische Verbindungen und Derivate davon, mit ein. Falls gewünscht, können die Reaktorzonen 15 und 21 eine Mehrzahl von Stufen oder Betten mit Zwischeneinspritzung von wasserstoffreichen Gas aus den Leitungen 14 beziehungsweise 18 umfassen.
Das zweistufige Wasserstoffbehandlungsreaktionsschema mit Regeneriergasfluss in Reihe, wie Allgemein in Fig. 1 dargestellt, hat eine Reihe von Verwendungsmöglichkeiten und Vorteilen. Die erste katalytische Reaktorzone 15 und die zweite katalytische Reaktorzone 21 operieren bei unterschiedlichen Wasserstoffpartialdrücken, da wasserstoffreiches Gas in Reihe von der ersten katalytischen Reaktorzone 15 mit höherem Druck zu der zweiten katalytischen Reaktorzone 21 mit niedrigerem Druck fließt. Dies bietet Flexibilität, die Kohlewasserstoffeinsatzmaterialien an den geeigneten Wasserstoffpartialdruck anzupassen.
Korrektes Abgleichen von Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien mit geeigneten Wasserstoffpartialdrücken bietet effizienten Verbrauch von Wasserstoff, um die gewünschten Produkte zu erhalten. Die relativen Flussraten des wasserstoffreichen Regeneriergasstromes 14 und des ersten wasserstoffreichen Gasstromes 18 können abgeglichen werden, um die Regeneriergasrate zu reduzieren.
Die serielle Anordnung des Wasserstoffflusses reduziert die Kapitalanforderungen für Kompressorinvestitionen bei gleichzeitiger Verringerung der Kompressorbetriebskosten. Ein einzelner Kompressor kann Wasserstoff der ersten katalytischen Reaktorzone unter vergleichsweise höherem Druck und höherer Reinheit und der zweiten katalytischen Reaktorzone unter vergleichsweise niedrigerem Druck und geringerer Reinheit zur Verfügung stellen, ohne beispielsweise eine ineffiziente Druckabnahme über ein Regelventil.
Die Betriebsbedingungen können variiert werden, um die Einsatzmaterialien anzupassen. Die optimalen Bedingungen werden vom Einsatzmaterial und den gewünschten Produkteigenschaften abhängen. Die Schlüsselbetriebsparameter der Reaktoren schließen Druck, Temperatur, die flüssige stündliche Raumgeschwindigkeit und relative Flussraten von Wasserstoff- und Kohlenwasserstoffströmen, mit ein. Unter Bezugnahme auf Fig. 1, werden die ersten und zweiten katalytischen Reaktorzonen 15 und 21 typischerweise zwischen 50 und 4000 psig (Überdruck in psi); 38ºC und 538ºC (100 und 1000ºF); 0,05 bis 25 Volumen/Volumen-Std; und 500 bis 15000 scf (Standardkubikfuß) Wasserstoff/bbl (bulk barrel) Kohlenwasserstoffeinspeisung, betrieben. Die Wasserstoffreinheit in dem wasserstoffreichen Regeneriergasstrom 14 ist typischerweise höher als 65 Volumenprozent, und in dem ersten wasserstoffreichen Gasstrom 18 ist die Wasserstoffreinheit typischerweise höher als 50 Volumenprozent.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In einem parallelen wasserstoffbehandelnden Prozess 10a, wird die Speisung 32, wie zum Beispiel atmosphärische Rückstände einer Rohöldestillation, in einen Vakuumturm 33 eingespeist, wo sie in eine leichte Vakuumgasölfraktion 34 und eine schwere Vakuumgasölfraktion 36 fraktioniert wird. Die leichte Vakuumgasölfraktion 34 hat typischerweise eine ASTM von 95% off point unter etwa 492ºC (950ºF) und die schwere Vakuumgasölfraktion 36 hat typischerweise eine ASTM von 5% off point oberhalb etwa 381ºC (750ºF).
Die leichte Vakuumgasölfraktion 34 und ein Regeneriergasstrom 38 werden in den Hydroreformierer 39 eingespeist, um einen Hydroreformier- ausflussstrom 40 zu produzieren, welcher in einen Separator für den Hydroreformier-ausflussstrom 41 eingespeist wird. Der Hydroreformier- ausflussstrom 40 wird in einen Hydroreformier-produktstrom 42 und einen Hydroreformier-wasserstoffausflussstrom 44 getrennt. Der Hydroreformier- wasserstoffausflussstrom 44 wird gemeinsam mit der schweren Vakuumgasölfraktion 36 in einen Hydroaufbereiter 45 eingespeist, um einen Hydroaufbereiter-ausflussstrom 46 herzustellen, der einem Separator für Hydroaufbereiter-ausfluss 47 zugeführt wird. Der Hydroaufbereiter- ausflussstrom 46 wird in einen Hydroaufbereiter-produktstrom 48 und einen Hydroaufbereiter-wasserstoffausflussstrom 50 getrennt. Ein aufbereiteter Wasserstoffstrom 52 wird dem Hydroaufbereiter-wasserstoffausflussstrom 50 zugesetzt und im Kompressor 53 komprimiert, um den Regenerierwasserstoffstrom 38 zu bilden, für Wiederverwertung im Hydroreformierer 39. Ein Drucksteuereinheit (nicht gezeigt) kann für die Zugabe des aufbereiteten Wasserstoffstroms 52 verwendet werden. Alternativ kann dieser zum Hydroaufbereiter-wasserstoffausflussstrom 50 auf der Austrittseite des Kompressors 53 zugesetzt werden, sofern der aufbereitete Wasserstoffstrom 52 mit einem ausreichend hohen Druck verfügbar ist. In beiden Fällen kann die Wasserstoffreinheit im Regenerierwasserstoffstrom 38 angezeigt werden, um den Wasserstoffpartialdruck und die relativen Flussraten der Wasserstoff- und der Kohlenwasserstoffströme zu kontrollieren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2, werden der Hydroreformierer 39 und der Hydroaufbereiter 45 typischerweise betrieben zwischen 1480 kPa und 27681 kPa (200 und 4000 psig (Überdruck in psi)); 260ºC und 482ºC (500 und 900ºF); 0,05 bis 10 Volumen/Volumen-Std.; und 14 bis 420 Standardkubikmeter (500 bis 15,000 scf (Standardkubikfuß)) Wasserstoff/158,9 l (1 Barrel) Kohlenwasserstoffeinspeisung. Die Wasserstoffreinheit im Regenerierwasserstoffstrom 38 ist typischerweise höher als 65 Volumenprozent, und im Hydroreformier-wasserstoffausflussstrom 44 ist die Wasserstoffreinheit typischerweise höher als 50 Volumenprozent.
Bevorzugt wird der Hydroreformierer 39 betrieben zwischen 4,928 und 17,339 kPa (700 und 2,500 psig (Überdruck in psi)); 298ºC bis 454ºC (600 bis 850ºF); 0,1 bis 5 Volumen/Volumen-Std.; und 28 bis 280 Standardkubikmeter (1000 bis 10000 scf (Standardkubikfuß)) Wasserstoff/158,9 l (1 Barrel) Kohlenwasserstoffeinspeisung und der Hydroaufbereiter 45 wird betrieben zwischen 2170 und 10744 kPa (300 und 1500 psig (Überdruck in psi)); 260ºC bis 427ºC (500 bis 80ºF); 0,1 bis 5 Volumen/Volumen-Std.; und 28 bis 280 Standardkubikmeter (1000 bis 10000 scf (Standardkubikfuß)) Wasserstoff/158,9 l (1 Barrel) Kohlenwassersteinspeisung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine alternative Durchführung eines parallelen Wasserstoffbehandlungsverfahrens gezeigt. In einem parallelen Wasserstoffbehandlungsverfahren 10b wird ein Regeneriereinspeisungsstrom 56 und ein Regenerierwasserstoffstrom 58 in einen Hydroreformierer 59 eingespeist, um einen Hydroreformier-ausflussstrom 60 herzustellen, welcher in einen Separator 61 für den Hydroreformier-ausflussstrom eingespeist wird. Der Hydroreformier-ausflussstrom 60 wird in einen Hydroreformier-produktstrom 62 und einen Hydroreformier-wasserstoffausflussstrom 64 getrennt. Der Hydroreformier-wasserstoffausflussstrom 64 und ein frischer Einspeisungsstrom 66, wie zum Beispiel ein atmosphärischer Rückstand aus einer Rohöldestillation oder ein Vakuumgasöl werden in einen Hydroaufbereiter 68 eingespeist, um einen Hydroaufbereiter-ausflussstrom 70 zu produzieren, der in einen Separator 71 für den Hydroaufbereiter-ausfluss eingespeist wird. Der Hydroaufbereiter-ausflussstrom 70 wird in einen Hydroaufbereiter- produktstrom 72 und einen Hydroaufbereitungswasserstoffausflussstrom 74 getrennt. Ein aufbereiteter Wasserstoffstrom 76 wird dem Hydroaufbereiter- wasserstoffausflussstrom 74 zugesetzt und in einem Kompressor 78 komprimiert, um den Regenerierwasserstoffstrom 58 zur Wiederverwertung zum Hydroreformierer 59 zu bilden. Alternativ kann der aufbereitete Wasserstoffstrom 76 zum Hydroaufbereiter-wasserstoffausflussstrom 74 auf der Austrittseite des Kompressors 78 zugesetzt werden, sofern dieser mit einem ausreichend hohen Druck verfügbar ist.
Der Hydroaufbereiter-produktstrom 72 und der Hydroreformier- produktstrom 62 werden in Kombination in einen Fraktionierer 80 eingespeist. Der Fraktionierer 80 trennt seine Einspeisung in mindestens zwei Fraktionen, wobei eine der Fraktionen der Regeneriereinspeisungsstrom 56 ist, der in den Hydroreformierer 59 eingespeist wurde. Andere Fraktionen können aus dem Fraktionierer 80 als Produktströme gezogen werden. Zum Beispiel können ein Mitteldestillatproduktstrom 82, wie zum Beispiel Flugzeug- oder Dieseltreibstoff, und ein Unterproduktstrom 84 aus dem Fraktionierer gezogen werden. Der Unterproduktstrom 84 ist typischerweise geeignet zur Einspeisung in eine katalytische Flüssigcrackeinheit oder kann für weitere Umsetzung im Hydroreformierer 59 wiederverwertet werden.
Die Betriebbedingungen für den Hydroreformierer und den Hydroaufbereiter in Fig. 3 sind näherungsweise gleich zu den zur Verfügung gestellten Betriebsbedingungen in Bezugnahme auf Fig. 2. Die Betriebsanordnung in Fig. 3 ist vorteilhaft, dadurch das die Regenerieranordnung eine höhere Ausbeute an Mitteldestillaten zur Verfügung stellt, als das ein Einwegverfahren ermöglicht.

Beispiel

Ein Studie wurde durchgeführt, um computergestützte Simulationen von parallelen Hydroreformieren und Hydroaufbereitung von Vakuumgasölen in parallelen Reaktorstufen zu vergleichen. Der erste Entwurf beinhaltet die Verwendung von paralleler Wasserstoffregenerierung, wie in dem für Vauk et al. ausgestellten U.S. Patent Nr. 5,403,469, und der zweite Entwurf beinhaltet die Verwendung einer Wasserstoffregenerierung in Reihe, wie in Fig. 1 der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Es wurden Berechnungen angestellt für die Hydroreformierung von 2383500 l (15000 Barrel) Vakuumgasöl pro Tag und die Hydroaufbereitung von 4767000 l (30000 Barrel) Vakuumgasöl pro Tag unter kommerziell machbaren Druckniveaus. Wie aus der nachstehenden Tabelle ersehen werden kann, liefern beide Entwürfe äquivalente Wasserstoff- zu-Öl Verhältnisse an den Reaktoreinlässen. Der Entwurf, der auf der vorliegenden Erfindung beruht, führt zu einer wesentlich niedrigeren Gesamtgaszirkulation (2802 im Vergleich zu 5960 Standardkubikmeter pro Minute (100085 SCFM im Vergleich zu 212885 SCFM)) und niedrigeren Komprimierkosten (2419 kW im Vergleich zu 2885 kW (3289 PS (Pferdestärken) im Vergleich zu 3923 PS (Pferdestärken)), sogar obwohl der Gesamtdruckabfallanforderung höher ist (2,930 kPa im Vergleich zu 1,758 kPa (425 psi im Vergleich zu 255 psi)). Der Entwurf, der auf der vorliegenden Erfindung beruht, führt ebenfalls zu einem niedrigerem Reaktorauslegungsdruck für die Stufe des Hydroaufbereiters (8791 kPa im Vergleich zu 10342 kPa (1275 psi im Vergleich zu 1500 psi)), was verringerte Investitions- und Installationskosten für die Anlagen erlaubt und ebenso minimierten Wasserstoffverbrauch erlaubt.
Die Ergebnisse der Studie sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.
Die vorliegende Erfindung veranschaulicht sich aus der vorangehenden Beschreibung und dem Beispiel. Unterschiedliche Modifikationen davon sind nach Augenscheinnahme von einem Fachmann offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass all diese Variationen innerhalb des Geltungsbereiches der beigefügten Ansprüche davon umfasst sind.
Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien werden wasserstoffbehandelt in parallelen Reaktoren, während Wasserstoff in Reihen zwischen den Reaktoren fliest. Ein erstes Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial und ein wasserstoffreicher Regeneriergasstrom werden in den ersten Reaktor eingeleitet, worin ein Erstreaktorausflussstrom produziert wird und in einen Separator eingespeist wird, welcher den ersten Reaktorausflussstrom in einen ersten wasserstoffreichen Gasstrom und einen ersten wasserstoffbehandelten Produktstrom trennt. Der erste wasserstoffreiche Gasstrom und ein zweites Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial werden in einen zweiten Reaktor eingespeist, worin ein zweiter Reaktorausflussstrom produziert und in einen zweiten Separator eingespeist wird, welcher den zweiten Reaktorausflussstrom in einen zweiten wasserstoffreichen Gasstrom und einen zweiten wasserstoffbehandelten Produktstrom trennt. Ein Aufbereitungswasserstoffstrom wird dem zweiten wasserstoffreichen Gas zugesetzt, um den wasserstoffreichen Regeneriergasstrom zu bilden, der komprimiert und in den ersten Reaktor eingespeist wird.

Claims

1. Verfahren zur parallelen Wasserstoffbehandlung von ersten (12) und zweiten (20) Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial mit Wasserstoffregenerierung im Reihenfluss, umfassend die Schritte:

Wasserstoffbehandlung des ersten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials (12) mit einem wasserstoffreichen Regeneriergasstrom (14) in einer ersten katalytischen Reaktorzone (15), um einen Erstreaktorausflussstrom (16) zu bilden;

Abtrennen des Erstreaktorausflussstromes (16), um einen ersten wasserstoffreichen Gasstrom (18) und einen ersten wasserstoffbehandelten Produktstrom (19) zu bilden;

Wasserstoffbehandlung des zweiten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials (20) mit dem ersten wasserstoffreichen Gasstrom (18) in einer zweiten katalytischen Reaktorzone (21) bei einem niedrigerem Wasserstoffpartialdruck als in der ersten Reaktorzone (15), um einen Zweitreaktorausflussstrom (22) zu bilden;

Abtrennen des Zweitreaktorausflussstromes (22) um einen zweiten wasserstoffreichen Gasstrom (24) und einen zweiten wasserstoffbehandelten Produktstrom (26) zu bilden;

Komprimieren des zweiten wasserstoffreichen Gasstromes (24); und

Addition eines aufbereiteten Wasserstoffstromes (28) zu dem zweiten wasserstoffreichen Gasstrom (24) um einen wasserstoffreichen Regeneriergasstrom (14) für die Wasserstoffbehandlung in der ersten Reaktorzone (15) zu bilden, worin das erste Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial (12) eine Vakuumgasölfraktion umfasst, die einen Siedebereich zwischen etwa 298-558ºC (600-1100ºF) hat, und das zweite Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial (20) eine schwere Vakuumgasölfraktion oder ein schweres Gasöl umfasst, welches von einer oder mehreren Methoden zur Rückstandsbehandlung wie Lösungsmittelentasphaltieren, verzögerter Verkokung, Viskositätsbrechen und thermisches Kracken erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der aufbereitete Wasserstoffstrom (28) zum zweiten wasserstoffreichen Gasstrom (24) hinzugefügt wird, bevor der zweite wasserstoffreiche Gasstrom (24) komprimiert wird, um den wasserstoffreichen Regeneriergasstrom (14) zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das erste Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial (12) eine Vakuumgasölfraktion mit einem Siedebereich oberhalb von etwa 381ºC (750ºF) umfasst und das zweite Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial (20) eine Vakuumgasölfraktion mit einem Siedebereich von unter etwa 492ºC (950ºF) umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die schwere Vakuumgasölfraktion aus Lösungsmittelentasphaltieren erhalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die schwere Gasölfraktion aus einem Verkokungsverfahren erhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die schwere Gasölfraktion aus Viskositätsbrechen erhalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die schwere Gasölfraktion aus thermischen Kracken erhalten wird.