原油裂解的装置及方法与流程

1.本发明涉及原油裂解的技术领域，具体地涉及一种原油裂解的方法。


背景技术：

2.低碳烯烃通常指碳四及碳四以下的不饱和碳氢化合物的总称，主要包括乙烯、丙烯、丁二烯等具有高经济价值的有机化工原料。随着我国经济的发展，这些有机化工原料的需求量逐年增大，尽管低碳烯烃的生产规模也在逐年增长，但还无法满足日益增长的需求量。
3.长期以来，我国一直以石脑油作为制备低碳烯烃的主要原料。但近年来，随着中东油田伴生气以及美国页岩气的大量开采，这些廉价的油气资源作为乙烯原料大量使用，造成乙烯相关产品价格降低。为了应对市场竞争的冲击，拓展乙烯裂解装置的原料来源，降低原料成本，成为传统乙烯企业降本增效的有效手段。所以，将特殊的重质烃类，特别是未经加工处理的原油作为裂解炉原料来生产低碳烯烃，有利于降低烯烃生产装置原料成本和能源消耗，快速适应裂解原料的供需变化。
4.cn1957068a公开了一种含盐和/或微粒物质的烃原料的蒸汽裂化方法，将所述含盐和/或微粒物质的烃原料加热，然后通过在闪蒸分离器中闪蒸分离成蒸气相和液相，将该蒸气相分离和裂化，该蒸气相包含该含盐和/或微粒物质的烃原料的不到大约98％，和回收已裂化产物。该盐和/或微粒物质在来自该闪蒸分离容器的液体塔底流中除去。us3617493也公开了一种和上述方法相似的采用蒸汽裂解原油的方法。
5.cn1041967a公开了一种低品位原料的分解处理方法和装置，该方法包括将含大量重馏分的低品位原料从预热器中途抽送到气液分离器，将原料中的重馏分分离除去到必要程度后返回预热器，送热分解反应器进行热分解。可以防止大量重馏分造成的结焦、压力损失以及出口温度上升等确定，从而进行长时期连续运行。
6.采用以上方法对原料进行裂解处理，原油在进入裂解炉前均采用闪蒸罐进行气液分离，随后气相进入裂解炉辐射段进行裂解。但原料经过闪蒸后，仍至少有5％的烃原料留在液体中，影响低碳烯烃的收率，而且分离后的液相直接用作燃料油，也会造成资源的浪费。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对上述问题提供一种原油裂解的装置及方法。
8.为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种原油裂解的装置，该装置包括：
9.第一分离单元，用于将原油进行第一分离得到第一轻质馏分和第一重质馏分；
10.第一裂解单元，用于将第一分离单元得到的第一轻质馏分进行第一裂解得到第一裂解产物；
11.催化单元，用于将第一分离单元得到的第一重质馏分与结焦催化剂和/或焦炭颗粒进行接触得到第二轻质馏分、第二重质馏分和焦炭；
12.第二裂解单元，用于将催化单元得到的第二轻质馏分进行第二裂解得到第二裂解产物。
13.本发明提供的装置以原油为原料进行裂解制备乙烯，通过第一分离单元脱除原油中的“结焦前聚体”，从而使原油可以分离获得轻质馏分和重质馏分。优选地，所述第一分离单元包括闪蒸结焦器，闪蒸结焦器中装填有结焦催化剂和/或焦炭颗粒。
14.本发明第二方面提供了一种原油裂解的方法，所述方法在上述的装置中进行，所述方法包括：
15.(1)第一分离单元分离：将原油送入第一分离单元进行第一分离得到第一轻质馏分和第一重质馏分；
16.(2)第一裂解单元裂解：将第一轻质馏分送入第一裂解单元进行第一裂解得到第一裂解产物；
17.(3)催化单元催化：将第一重质馏分送入催化单元，进行催化得到第二轻质馏分、第二重质馏分和焦炭；
18.(4)第二裂解单元裂解：将第二轻质馏分送入第二裂解单元进行第二裂解得到第二裂解产物。
19.通过上述技术方案，本发明取得了以下有益效果：
20.(1)本发明的装置以原油为原料进行乙烯的制备，减少了整体炼油流程，具有工艺流程缩短，工程投资减少的特点，具有较好的经济效益。
21.(2)本发明通过脱除原油中的“结焦前聚体”，将原油分离为轻质馏分和重质馏分，提高了加热炉运行周期(1年左右)，是利用自由基结焦和缩合结焦方法的4-6倍。
22.(3)利用本发明的方法制备乙烯时，乙烯总收率可以达到22％-23％。
附图说明
23.图1是本发明的原油裂解装置的结构示意图。
24.附图标记说明
25.1-闪蒸结焦器，2-精馏塔，3-气相裂解炉，4-液相裂解炉，5-加热炉，6-结焦反应器，7-第二裂解炉，8-加氢装置。
具体实施方式
26.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
27.本发明第一方面提供了一种原油裂解的装置，该装置包括：
28.第一分离单元，用于将原油进行第一分离得到第一轻质馏分和第一重质馏分；
29.第一裂解单元，用于将第一分离单元得到的第一轻质馏分进行第一裂解得到第一裂解产物；
30.催化单元，用于将第一分离单元得到的第一重质馏分与结焦催化剂和/或焦炭颗粒进行接触得到第二轻质馏分、第二重质馏分和焦炭；
31.第二裂解单元，用于将催化单元得到的第二轻质馏分进行第二裂解得到第二裂解产物。
32.当原油的api较低时，原油中就会含有大量的“结焦前聚体”，如果直接利用闪蒸塔对原油进行轻质馏分和重质馏分分离，会造成“结焦前聚体”结焦，而一旦“结焦前聚体”结焦就很难将其中的重质馏分分离出来，降低原油的利用效率。为了提高原油的利用效率，需要对原油中的“结焦前聚体”进行脱除。而传统方法是采用加热炉对原油直接加热，之后将加热物料导入焦化反应器内，使其在内部生成焦粒，此过程中反应时间相对较长，往往需要24个小时以上，这主要是由于其生焦过程主要是自由基结焦和缩合结焦，没有催化结焦。根据本发明，为了降低原油中“结焦前聚体”的含量和减少“结焦前聚体”脱除时间，优选地，所述第一分离单元包括闪蒸结焦器，闪蒸结焦器内装填有结焦催化剂和/或焦炭颗粒。
33.需要说明的是，“结焦前聚体”的组成包括芳香烃、胶质和沥青质。
34.根据本发明，优选地，所述原油的胶质和沥青质含量大于8wt％，优选为10wt％-30wt％。
35.根据本发明，优选地，所述第一裂解单元包括第一裂解炉。
36.根据本发明，优选地，所述催化单元包括结焦反应器。
37.根据本发明，所述结焦反应器的种类并没有特别的限定；优选地，所述结焦反应器为固定床结焦反应器、移动床结焦反应器和流化床结焦反应器中的一种；更优选地，所述结焦反应器为固定床结焦反应器和/或移动床结焦反应器。
38.根据本发明，优选地，所述催化单元还包括加热炉，所述加热炉用于对第一重质馏分进行加热。
39.根据本发明，优选地，所述第二裂解单元包括第二裂解炉。
40.根据本发明，优选地，所述第一分离单元还包括精馏塔，所述精馏塔用于将第一轻质馏分进行气液分离得到气相馏分和液相馏分。
41.根据本发明，优选地，所述第一裂解单元包括气相裂解炉和液相裂解炉，其中，气相裂解炉用于裂解气相馏分，液相裂解炉用于裂解液相馏分。
42.本发明第二方面提供了一种原油裂解的方法，所述方法在上述的装置中进行，所述方法包括：
43.(1)第一分离单元分离：将原油送入第一分离单元进行第一分离得到第一轻质馏分和第一重质馏分；
44.(2)第一裂解单元裂解：将第一轻质馏分送入第一裂解单元进行第一裂解得到第一裂解产物；
45.(3)催化单元催化：将第一重质馏分送入催化单元，进行催化得到第二轻质馏分、第二重质馏分和焦炭；
46.(4)第二裂解单元裂解：将第二轻质馏分送入第二裂解单元进行第二裂解得到第二裂解产物。
47.根据本发明，所述原油的api为10-30，优选地，所述原油的api为10-25，更优选为10-20。
48.根据本发明，优选地，所述第一分离单元包括闪蒸结焦器，闪蒸结焦器内装填有结焦催化剂和/或焦炭颗粒。
49.根据本发明，优选地，所述焦炭颗粒平均颗粒直径为50-800μm。
50.根据本发明，所述结焦催化剂的活性组分可以为本领域常用的结焦催化剂的活性组分，优选地，所述结焦催化剂的活性组分为第
ⅷ
族金属元素和/或第ⅵb金属元素，更优选地，所述结焦催化剂的活性组分为铁、镍和铬中的至少一种。
51.根据本发明，所述结焦催化剂的载体可以为本领域常用的催化剂载体，优选地，所述结焦催化剂的载体为分子筛和/或氧化铝。
52.根据本发明，优选地，相对于100g的结焦催化剂，所述活性组分的含量为1-20g，优选为5-15g。
53.根据本发明，原油首先进入第一分离单元中的闪蒸结焦器中进行结焦反应，脱除原油中的“结焦前聚体”，得到第一轻质馏分和第一重质馏分。
54.根据本发明，所述结焦反应的条件包括：结焦反应的温度为345-355℃，结焦反应的时间为5-8h，所述结焦催化剂和/或焦炭颗粒在闪蒸结焦器中的体积浓度为7-10体积％。
55.需要说明的是所述结焦催化剂和/或焦炭颗粒在所述闪蒸结焦器中的体积浓度为所述结焦催化剂和/或焦炭颗粒与所述闪蒸结焦器中处理物料的体积比。
56.根据本发明，通过结焦反应后，所述原油在闪蒸结焦器中分离为第一轻质馏分和第一重质馏分，所述第一轻质馏分从闪蒸结焦器的顶部排出，所述第一重质馏分从闪蒸结焦器的底部排出。
57.根据本发明，优选地，所述方法还包括：将第一轻质馏分送入精馏塔，进行气液分离得到气相馏分和液相馏分，分别进入气相裂解炉和液相裂解炉进行第一裂解。
58.根据本发明，优选地，所述精馏塔的操作条件包括：塔顶温度150-250℃，优选为180-200℃，塔底温度为150-350℃，优选为200-350℃，塔板数为25-45个，优选为30-40个，操作压力为0.08-0.12mpa。
59.根据本发明，优选地，所述气相裂解炉的操作条件包括：气相裂解炉的压力为0.07-0.13mpa，气相裂解炉的温度为815-825℃，气相裂解炉内的停留时间为0.1-0.15s，气相裂解炉的水油质量比为0.5-1:1。
60.根据本发明，优选地，所述液相裂解炉的操作条件包括：液相裂解炉的压力为0.1-0.15mpa，液相裂解炉的温度为800-815℃，液相裂解炉内的停留时间为0.4-0.7s，液相裂解炉的水油质量比为0.5-1:1。
61.根据本发明，优选地，所述催化单元包括固定床结焦反应器；
62.根据本发明，优选地，所述固定床结焦反应器中含有结焦催化剂和/或焦炭颗粒。所述固定床结焦反应器内的结焦催化剂和/或焦炭颗粒与闪蒸结焦器内的结焦催化剂和/或焦炭颗粒可以具体选择为相同的，也可以具体选择为不同的。
63.根据本发明，优选地，所述催化的条件包括：催化的温度为380-400℃，催化的时间为4-8h，所述结焦催化剂和/或焦炭颗粒在固定床结焦反应器中的体积浓度为8-11体积％。
64.需要说明的是所述结焦催化剂和/或焦炭颗粒在所述固定床结焦反应器中的浓度为所述结焦催化剂和/或焦炭颗粒与所述固定床结焦反应器中处理物料的体积比。
65.根据本发明，优选地，所述催化单元还包括加热炉，所述加热炉用于对第一重质馏分进行加热。
66.根据本发明，优选地，所述加热炉的温度为380-400℃。
67.根据本发明，优选地，所述第二裂解的条件包括：第二裂解的压力为0.1-0.15mpa，第二裂解的温度为825-830℃，第二裂解的停留时间为0.15-0.3s，第二裂解的水油质量比为0.8-1.3:1。
68.尽管将原油直接进行加氢后也可以作为裂解的原料，但其能耗高，投资成本高，为了降低生产成本，优选地，本发明的步骤(1)之前不包括加氢的步骤，且步骤(1)和步骤(3)之间也不包括加氢的步骤。
69.根据本发明，优选地，所述气相裂解的产物、液相裂解的产物和第二裂解的产物不单独进行产物的分离，将其混合后送入分离罐中进行分离，分别得到目标产物乙烯、丙烯和1,3-丁二烯。
70.以下参照图1所示的本发明的原油裂解的装置的结构示意图，对原油裂解的工作过程进行描述。
71.将原油送入闪蒸结焦器1进行结焦反应和第一分离得到第一轻质馏分和第一重质馏分，然后将第一轻质馏分送入精馏塔2进行气液分离，得到气相馏分和液相馏分，气相馏分进入气相裂解炉3进行气相裂解，液相馏分进入液相裂解炉4进行液相裂解，得到的气相裂解产物和液相裂解产物作为第一裂解的产物。将第一重质馏分送入加热炉5进行加热，加热后送入结焦反应器6进行催化反应得到第二轻质馏分、第二重质馏分和焦炭；将第二轻质馏分送入第二裂解炉7进行第二裂解得到第二裂解产物，将第二重质馏分送入加氢装置8进行加氢。
72.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
73.实施例1-2中的结焦催化剂10wt％的金属铁活性组分和90wt％的氧化铝载体组成。
74.实施例1中的焦炭颗粒平均颗粒直径为300μm。
75.实施例1
76.本实施例用于说明一种原油裂解制备乙烯的方法
77.(1)第一分离单元分离：将原油(api为12)送入闪蒸结焦器中进行结焦反应和第一分离得到第一轻质馏分和第一重质馏分，其中，结焦反应的条件包括：结焦反应的温度为350℃，焦炭颗粒在闪蒸结焦器中的浓度为10体积％，反应时间为8h；然后将闪蒸结焦器塔顶排出的第一轻质馏分送入精馏塔进行气液分离，得到气相馏分和液相馏分，其中，精馏塔的操作条件包括：塔顶温度为210℃，塔底温度为350℃，塔板数为35个，压力为0.09mpa。
78.(2)第一裂解单元裂解：将气相馏分进入气相裂解炉进行气相裂解，气相裂解的条件包括：气相裂解炉的压力为0.08mpa，气相裂解炉的温度为825℃，在气相裂解炉内的停留时间为0.15s，水油质量比为0.6:1；将液相馏分进入液相裂解炉进行液相裂解，液相裂解的条件包括：液相裂解炉的压力为0.12mpa，液相裂解炉的温度为810℃，在液相裂解炉内的停留时间为0.6s，水油质量比为0.8:1；得到的气相裂解产物和液相裂解产物作为第一裂解产物。
79.(3)催化单元催化：将步骤(1)中得到的第一重质馏分送入加热炉进行加热，加热到400℃后送入固定床结焦反应器，进行催化反应得到催化产物；催化反应的条件包括：催化反应的温度为400℃，催化反应的压力为0.11mpa，催化反应的时间为8h，所述结焦催化剂在固定床结焦反应器中的体积浓度为8体积％。反应结束后，自结焦反应器塔顶排出第二轻
质馏分，塔底排出第二重质馏分和焦炭。
80.(4)第二裂解单元裂解：将第二轻质馏分送入第二裂解炉进行第二裂解得到第二裂解产物，第二裂解的压力为0.12mpa，第二裂解的温度为828℃，第二裂解的停留时间为0.18s，水油质量比为1.2:1。
81.将第一裂解单元和第二裂解单元的裂解产物混合后分离得到低碳烯烃，其中乙烯收率为22.5％，丙烯收率为12.28％，1,3-丁二烯收率为4.16％，三烯收率为38.94％。
82.实施例2
83.本实施例用于说明一种原油裂解制备乙烯的方法
84.(1)第一分离单元分离：将原油(api为20)送入闪蒸结焦器中进行结焦反应和第一分离得到第一轻质馏分和第一重质馏分，其中，结焦反应的条件包括：结焦反应的温度为350℃，结焦催化剂在闪蒸结焦器中的浓度为8体积％，反应时间为5h；然后将闪蒸结焦器塔顶排出的第一轻质馏分送入精馏塔进行气液分离，得到气相馏分和液相馏分，其中，精馏塔的操作条件包括：塔顶温度为200℃，塔底温度为350℃，塔板数为38个，压力为0.1mpa。
85.(2)第一裂解单元裂解：将气相馏分进入气相裂解炉进行气相裂解，气相裂解的条件包括：气相裂解炉的压力为0.12mpa，气相裂解炉的温度为820℃，在气相裂解炉内的停留时间为0.12s，水油质量比为0.9:1；将液相馏分进入液相裂解炉进行液相裂解，液相裂解的条件包括：液相裂解炉的压力为0.14mpa，液相裂解炉的温度为800℃，在液相裂解炉内的停留时间为0.5s，水油质量比为0.8:1；得到的气相裂解产物和液相裂解产物作为第一裂解产物。
86.(3)催化单元催化：将步骤(1)中得到的第一重质馏分送入加热炉进行加热，加热到380℃后送入固定床结焦反应器，进行催化反应得到催化产物；催化反应的条件包括：催化反应的温度为380℃，催化反应的压力为0.11mpa，催化反应的时间为5h，所述结焦催化剂在固定床结焦反应器中的体积浓度为11体积％。反应结束后，自结焦反应器塔顶排出第二轻质馏分，塔底排出第二重质馏分和焦炭。
87.(4)第二裂解单元裂解：将第二轻质馏分送入第二裂解炉进行第二裂解得到第二裂解产物，第二裂解的压力为0.13mpa，第二裂解的温度为830℃，第二裂解的停留时间为0.25s，水油质量比为0.85:1。
88.将第一裂解单元和第二裂解单元的裂解产物混合后分离得到低碳烯烃，其中乙烯收率为23％，丙烯收率为12.63％，1,3-丁二烯收率为4.31％，三烯收率为39.94％。
89.对比例1
90.本对比例用于对比说明一种原油裂解制备乙烯的方法
91.采用与实施例1相同的原油，将原油直接送入裂解炉中进行裂解反应，裂解炉的裂解温度为810℃，裂解压力为0.15mpa，停留时间为0.6s，水油质量比为1.2:1。对裂解产物进行分离，乙烯收率为16.45％，丙烯收率为10.21％，1,3-丁二烯收率为2.96％，三烯收率为29.62％。
92.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。