使用催化加氢裂化和热焦化改质重油的方法和系统技术方案

用于加氢处理重油原料以形成改质物质的方法和系统，涉及在重油原料、预焦化加氢裂化反应器、分离器和焦化反应器中良好分散的金属硫化物催化剂(例如，胶体或分子催化剂)的使用。该金属硫化物催化剂促进改质反应，该改质反应减少原料中的沥青质或者其他焦炭形成前体的量，增加改质物质中的氢/碳比，并且降低改质物质中的烃的沸点。该方法和系统可以用于改质真空塔底部沉积物和其他低级重油原料。与常规加氢裂化或者常规热焦化工艺相比，结果是提高转化水平和产率、提高改质烃的质量、减少焦炭形成、减少设备污染、加工更宽范围的低质量原料以及在与金属硫化物催化剂组合使用时更有效地利用负载型催化剂中的一种或者多种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于将包括显著量的沥青质和沸点高于524℃(975°F)的烃类的烃原料改质成沸点更低、质量更好的物质的领域。
技术介绍
对于精制矿物燃料的世界需求正在不断增加，并会不可避免地超过高品质原油的供应，无论是作为实际短缺的结果还是由于石油卡特尔的行动。在这两种情况下，由于原油的价格上升或原油的短缺加剧，对于更好地开发低品质原料并从中提取燃料值的方式的需求增加。当处理低品质原料的更经济方式变得可用时，这种原料可能赶上，或甚至超过作为用于操作汽车、卡车、农用设备、飞机、和依赖内燃机的其他交通工具的精制矿物燃料的主要来源的高品质原油。低品质原料包括相对高的量的具有524℃(975°F)或更高的沸点的烃类。它们也含有相对高浓度的硫、氮和金属。高沸点馏分典型地具有高的分子量和/或低的氢/碳比并包括统称为“沥青质”的复杂化合物。沥青质难以处理并通常导致常规催化剂和加氢处理设备的污染。含有相对高浓度的沥青质、硫、氮和金属的低品质原料的实例包括重油和油砂沥青，以及桶底部沉积物和常规炼油工艺剩余的残渣(统称“重油”)。术语“桶底部沉积物”和“残渣”(或者“渣油”)通常是指具有至少343℃(650°F)的沸点的常压塔底部沉积物，或者具有至少524℃(975°F)的沸点的真空塔底部沉积物。术语“渣油沥青”、“减压渣油”和“真空降低原油(avacuumreducedcrude)”(VRC)通常用于指代具有至少524℃(975°F)的沸点的馏分。相比之下，Alberta轻原油含有约9％(体积)的减压渣油，而Lloydminster重油含有约41％(体积)的减压渣油，ColdLake沥青含有约50％(体积)的减压渣油，以及Athabasca沥青含有约51％(体积)的减压渣油。渣油含有更高浓度的在或高于约343℃(650°F)时沸腾的馏分，真空塔底部沉积物几乎完全包含在或高于约524℃(975°F)时沸腾的馏分。在常规的石油炼制工艺中，通常通过常压蒸馏塔分馏原油，产生具有不同的沸点的馏分，包括：气体、轻石脑油、重石脑油、喷气燃料、煤油、柴油、常压瓦斯油和常压底部沉积物(或常压减压原油)。在这些产物中，气体经历最终产生包括燃料、丁烷、液化石油气(LPG)等产物的气体处理。最有商业价值的馏分是低沸点液体馏分，其经历进一步的加氢处理，包括加氢裂化和加氢处理，得到汽油调和产品、喷气燃料、煤油和柴油。最高沸点馏分(常压底部沉积物)进一步通过真空蒸馏塔分馏，产生具有越来越高的沸点的馏分，包括：气体、轻减压瓦斯油、重减压瓦斯油、减压渣油(或真空降低原油)和沥青。轻减压瓦斯油和重减压瓦斯油进一步处理以产生汽油调和产品，同时通常进一步通过炼焦器处理减压渣油，即，通过热裂解改造高沸点的重油(通常是减压渣油)的系统，从而形成改质的烃类和焦炭。焦化是炼油厂用于将石油渣油(来自原油的常压和真空蒸馏的残渣)改质和转化成液体和气体产物流，留下固体浓缩碳物质、石油焦的热裂解工艺。焦化产物包括气体、焦化石脑油、焦化瓦斯油和石油焦，其中焦化石脑油和焦化瓦斯油是更具有商业价值的馏分，并可以进一步加工得到煤油、柴油和汽油调和产品。根据石油焦的结构，焦炭产品包括针状焦炭、海绵焦炭、球状焦炭和阳极级焦炭。将重油转化为有用的最终产品需要大量的处理，包括降低重油的沸点，增加氢/碳比，和除去如金属、硫、氮和高碳形成化合物的杂质。使用常规的负载型催化剂来改质常压塔底部沉积物的催化加氢裂化工艺的实例包括利用细固体催化剂颗粒的浆料床加氢处理、利用固体多相催化剂的固定床加氢处理、利用固体多相催化剂的沸腾床或者膨胀床加氢处理，以及利用固体多相催化剂并且是固定床加氢处理的一种版本的移动床加氢处理。用于改质真空塔底部沉积物的非催化工艺包括如渣油焦化(存在许多工业化工艺，包括延迟焦化、流化焦化和埃克森美孚公司专有的工艺)的热裂解和溶剂萃取。溶剂萃取是相当昂贵的并且不能降低重油的沸点。常规的催化加氢裂化工艺往往涉及快速催化剂烧结、污染以及失活和高催化剂成本，这使得它们目前不适合于加氢处理真空塔底部沉积物，除非基本上用例如常压塔底部沉积物的低沸点馏分稀释。即使使用低沸点馏分稀释，大多数现有的沸腾床工艺以低于65wt％的转化率运行，而大多数固定床工艺具有小于约25wt％的转化率。焦化是目前改质真空降低原油的主要商业方法，但传统的焦化工艺通常与低转化率、高风险的焦化和设备污染、大量的除焦时间以及高除焦水和能源消耗有关。当焦炭在加氢处理工艺而不是焦化中形成时，其容易污染设备并使反应器和催化剂失活，从而需要大量的维护、昂贵的维修和增加的催化剂。即使焦炭在焦化工艺中形成，其需要在焦化反应器中利用高压水和蒸汽除焦，这消耗大量的时间、能量、空间和水。焦化也容易导致除了焦化反应器之外的焦化系统(例如炉、渣油进料管线、过滤器、焦化分馏塔和进料管线)内的堵塞和污染。利用现有的加氢处理系统使相对低的转化水平恶化不能够以与重油作为一个整体时相同的转化水平按比例地转化沥青质馏分。不成比例的转化的结果是处理过的原料中的沥青质渐进累积，伴随着焦炭和沉积物更可能地在反应器和其他处理设备中形成。除了设备污染，焦炭和沉积物会导致残留的渣油在用作燃料油时不稳定。鉴于上述情况，存在持续但未满足的需求去开发可以以商业水平用于改质重油原料的改进的加氢处理方法和系统。还存在未满足的需求去开发可以用于改质真空塔底部沉积物和其他低级重油原料，增加改质的液体烃产品同时减少焦炭形成的加氢处理方法和系统。
技术实现思路
本专利技术涉及通过组合利用金属硫化物催化剂(例如，胶体或分子催化剂)的加氢裂化工艺和焦化工艺改质重油的加氢处理方法和系统。当一起使用时，这两种工艺增加高沸点馏分向低沸点馏分的总转化率并且增加C4+馏分产率。该方法和系统涉及在重油原料、预焦化加氢裂化反应器和焦化反应器中分散的活性催化剂金属硫化物催化剂(例如，胶体或分子催化剂)的使用。活性催化剂是良好分散的并优先与重油原料中的沥青质和其它焦炭形成前体缔合，促进减少沥青质或其它焦炭形成前体的量的改质反应，增加改质物质中的氢/碳比，降低改质物质中的烃类的沸点，增加产量和转化率，改进改质的液体烃产品的质量，以及减少焦炭的形成。该方法和系统可以用于改质真空塔底部沉积物和其他低级重油原料。由于大多数的常规加氢裂化工艺不适于处理沥青质和其他焦炭形成前体，常规的焦化是改质真空降低原油的主要商业方法。代替直接将真空降低原油引入炼焦器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加氢处理重油原料以增加改质的液体烃产物的产生和减少焦炭形成的方法，所述方法包括：制备由沸点高于约343℃(650°F)的大量烃类和活性金属硫化物催化剂颗粒组成的重油原料，所述烃类包括沥青质或者其他焦炭形成前体，所述活性金属硫化物催化剂颗粒在所述重油原料内原位形成并且分散在整个所述重油原料中；将所述重油原料和氢引入预焦化加氢裂化反应器；将所述重油原料加热或者保持在加氢裂化温度下，从而从所述重油原料形成烃自由基，所述金属硫化物催化剂颗粒催化氢和所述烃自由基之间的改质反应从而产生改质物质，所述改质反应减少沥青质或其他焦炭形成前体的量，提高所述改质物质中的氢/碳比，以及降低与所述重油原料相比的所述改质物质中的烃类的沸点；将所述改质物质与残留的金属硫化物催化剂颗粒和氢一起转移至分离器以从液体烃馏分中分离出气态和挥发性馏分；将至少一部分所述液体烃馏分引入一个或者多个焦化反应器中并且引起所述液体烃馏分的热裂解从而形成改质的烃产物和焦炭；以及从所述改质的烃产物中分离出所述焦炭。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.30 US 13/561,4791.一种用于加氢处理重油原料以增加改质的液体烃产物的产生和减少焦炭
形成的方法，所述方法包括：
制备由沸点高于约343℃(650°F)的大量烃类和活性金属硫化物催化剂颗
粒组成的重油原料，所述烃类包括沥青质或者其他焦炭形成前体，所述活性金
属硫化物催化剂颗粒在所述重油原料内原位形成并且分散在整个所述重油原料
中；
将所述重油原料和氢引入预焦化加氢裂化反应器；
将所述重油原料加热或者保持在加氢裂化温度下，从而从所述重油原料形
成烃自由基，所述金属硫化物催化剂颗粒催化氢和所述烃自由基之间的改质反
应从而产生改质物质，所述改质反应减少沥青质或其他焦炭形成前体的量，提
高所述改质物质中的氢/碳比，以及降低与所述重油原料相比的所述改质物质中
的烃类的沸点；
将所述改质物质与残留的金属硫化物催化剂颗粒和氢一起转移至分离器以
从液体烃馏分中分离出气态和挥发性馏分；
将至少一部分所述液体烃馏分引入一个或者多个焦化反应器中并且引起所
述液体烃馏分的热裂解从而形成改质的烃产物和焦炭；以及
从所述改质的烃产物中分离出所述焦炭。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分离器包括热分离器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分离器包括蒸馏塔。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分离器包括热分离器和蒸馏塔。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，引入所述焦化反应器的所述液体烃
馏分的所述部分包括真空降低原油(avacuumreducedcrude)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预焦化加氢裂化反应器包括浆
相反应器、沸腾床反应器或者固定床反应器中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预焦化加氢裂化反应器是浆相
反应器，包括(i)处于所述浆相反应器的底部的用于引入所述重油原料和氢的
输入端口和(ii)处于所述浆相反应器的顶部的用于抽出所述改质物质、胶体或
者分子催化剂和氢的输出端口。
8.根据权利要求7所述的方法，所述浆相反应器还包括循环通道、循环泵
和分配器栅板。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或者多个焦化反应器包括
一个或者多个延迟焦化反应器、流化焦化反应器或者反应器。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述重油原料包括重质原油、油
砂沥青、常压塔底部沉积物、减压塔底部沉积物、渣油、减粘裂化炉底部沉积
物、煤焦油、油页岩重油或者液化煤中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述重油原料包括至少约10wt％
的沥青质或者其他焦炭形成前体。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述改质反应使所述沥青质或者
其他焦炭形成前体的量减少至少20wt％。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述改质反应使所述沥青质或者
其他焦炭形成前体的量减少至少40wt％。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述改质反应使所述沥青质或者
其他焦炭形成前体的量减少至少60wt％。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法转化至少60wt％的具有
至少524℃(975°F)的沸点的烃。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法转化至少70wt％的具有
至少524℃(975°F)的沸点的烃。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法转化至少80wt％的具有
至少524℃(975°F)的沸点的烃。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法转化至少85wt％的具有

\t至少524℃(975°F)的沸点的烃。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法产生至少80wt％的C4+
烃和低于约524℃(975°F)的沸点。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法与不存在由金属硫化物
催化剂颗粒催化的加氢裂化的焦化相比，减少焦炭形成至少25wt％。
21.根据权利要求1所述的方法，所述重油原料中的所述金属硫化物催化
剂颗粒通过以下步骤形成：
在一温度下混合烃油稀释剂和油溶性催化剂前体，低于该温度时所述催化
剂前体的显著部分开始分解以形成稀释的前体混合物；
以产生调节的原料的方式混合所述稀释的前体混合物和重油原料，在分解
所述催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃弗里特·哈里斯，杰弗里·詹德勒，
申请(专利权)人：源之重油有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US