一种原油制化学品集成加氢工艺和加氢系统的制作方法

本发明属于石油化工，特别是涉及一种用于原油制化学品的集成加氢工艺。

背景技术：

1、在成品油生产收益递减的困境下，原油制化学品(crude oil to chemicals，简称cotc)技术可能成为炼油领域下一个发展方向。近年来，一些公司开始通过对传统炼化工艺集成创新或直接颠覆传统炼油工艺流程，将炼化一体化提升到原油制化学品的新水平。基于目前技术现状及未来发展趋势，cotc技术可分为原油最大化制化学品和原油直接制化学品两类。从原油转化为基本石化原料的收率看，各工艺路线大致为：传统燃料型炼油厂5％～10％，常规炼化一体化工厂10％～20％，原油制化学品工厂超过40％甚至可能达到80％。

2、原油直接制化学品技术以埃克森美孚开发的原油直接蒸汽裂解制烯烃技术为代表，最大特点是省略了常减压蒸馏等炼油装置，并在裂解炉对流段和辐射段之间加入一个闪蒸罐，使得工艺流程大为简化。但该技术主要是针对轻质原油，如凝析油等，对于常规原油或重质原油尚存一定问题。

3、原油最大化制化学品是基于典型的炼化技术，对传统炼油工艺技术进行优化，以最大化生产化工原料供联合石化厂使用。该路线通过增加额外的工艺装置，比如加氢裂化，将原油炼制过程中的蜡油、渣油等重质产物转化为轻质产物，同时提高氢碳比。利用现有成熟技术，通过重新配置，使得基本石化原料收率大幅提高到40％～50％。该类技术主要还是通过常减压装置把原油切割，将各个馏分油通过现有装置加工来获得化工原料。该类技术目前都是独立地利用单个装置单元来进行运行，装置耦合性较差。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种原油制化学品集成加氢工艺和加氢系统，将分离单元、沸腾床重油加氢单元、固定床加氢单元耦合，实现原油向化工原料轻石脑油和重石脑油的高效转化，轻石脑油为蒸汽裂解制烯烃提供原料，重石脑油为催化重整制芳烃提供原料。本发明工艺流程中将各反应单元高效有机耦合起来，装置能耗和投资低。

2、本发明第一方面提供一种原油制化学品集成加氢工艺，所述加氢工艺包括如下步骤：

3、(1)在分离条件下，原油经分离后得到第一轻馏分、第一中间馏分和第一重馏分；

4、(2)步骤(1)得到的第一重馏分进入第一沸腾床反应区，与氢气接触进行反应，反应生成物料经分离后得到第一气相料流和第一液相料流；

5、(3)步骤(2)得到的第一液相料流进入第二沸腾床反应区，与氢气接触进行反应，反应生成物料经分离后得到第二气相料流和第二液相料流，第二液相料流经分离后得到第二轻馏分、第二中间馏分和第二重馏分；

6、(4)步骤(2)得到的第一气相料流、步骤(3)得到的第二气相料流进入第一固定床反应区，与氢气接触进行反应，反应生成物料经分离后得到第三气相料流和第三液相料流；

7、(5)步骤(1)得到的第一中间馏分、步骤(3)得到的第二轻馏分、步骤(3)得到的第二中间馏分、步骤(4)得到的第三气相料流进入第二固定床反应区，与氢气接触进行反应，反应生成物料经分离后得到第四气相料流和第四液相料流；

8、(6)步骤(4)得到的第三液相料流和步骤(5)得到的第四液相料流混合并经分离后得到轻烃、轻石脑油、重石脑油和加氢重油。

9、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(1)中的原油可为不同种属和来源的原油，如低硫石蜡基原油、低硫中间基原油、含硫中间基原油、含硫环烷基原油中的至少一种。

10、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(1)中的分离可以采用闪蒸、常压蒸馏、常减压蒸馏工艺中的任一种，本领域技术人员可以根据加工原料油的性质选择适宜的分离方式。

11、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(1)中的第一轻馏分和第一中间馏分的切割温度为60～230℃，优选为65～200℃；第一中间馏分和第一重馏分的切割温度为145～400℃，优选为175～380℃。第一轻馏分一般控制为石脑油馏分，第一中间馏分一般控制为柴油馏分或柴油与蜡油混合馏分，第一重馏分一般控制为渣油，具体可以为常压渣油和/或减压渣油。

12、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第一沸腾床反应区的反应条件如下：反应温度为350～450℃，优选为380～430℃，反应压力为10.0～19.0mpa，优选为13.0～18.0mpa，氢油体积比为300～1000，优选为400～600，液时体积空速为0.1～3.0h-1，优选为0.15～1.0h-1。

13、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第二沸腾床反应区的反应条件如下：反应温度为350～450℃，优选为380～430℃，反应压力为10.0～19.0mpa，优选为13.0～18.0mpa，氢油体积比为300～1000，优选为400～600，液时体积空速为0.1～3.0h-1，优选为0.15～1.0h-1。

14、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(2)中的第一沸腾床反应区、步骤(3)中的第二沸腾床反应区设置单台沸腾床反应器，或者也可以设置两台以上沸腾床反应器，优选两台以上沸腾床反应器之间以串联方式配置，更进一步的反应器之间设置气液分离器；沸腾床反应器可以采用外带有循环杯的反应器，也可为中石化(大连)石油化工研究院有限公司开发的带有三相分离器的strong沸腾床反应器。

15、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第一沸腾床反应区、第二沸腾床反应区中的沸腾床反应器中装填有沸腾床加氢催化剂，催化剂包括载体和活性金属，其中活性金属可以为镍、钴、钼、钨中的一种或几种；载体可以为氧化铝、氧化铝-氧化硅、氧化硅、氧化钛中的一种或几种。所述沸腾床加氢催化剂可以采用市售商品或者按照现有公开的方法进行制备，如采用中石化(大连)油化工研究院有限公司开发的fem-10或fes-31牌号沸腾床加氢催化剂。

16、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第二轻馏分和第二中间馏分的切割温度为300～400℃，优选为350～380℃；第二中间馏分和第二重馏分的切割温度为480～550℃，优选为500～540℃。

17、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第二液相料流经分离后得到第二轻馏分a、第二轻馏分b、第二中间馏分和第二重馏分；其中，第二轻馏分b可以全部或部分循环回第一沸腾床反应区处理，当部分循环回第一沸腾床反应区处理时，剩余部分进入第二固定床反应区进行处理；第二轻馏分a和第二轻馏分b的切割温度为210～330℃，优选为240～330℃；第二轻馏分b和第二中间馏分的切割温度为300～400℃，优选为350～380℃。

18、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第一固定床反应区的反应条件如下：反应温度为280～350℃，优选为300～330℃；反应压力为10～19mpa，优选为13～18mpa；氢油体积比为500～1200，优选700～1000；液时体积空速为0.5～3.0h-1，优选为1.0～2.0h-1。

19、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第一固定床反应区设置一台以上的固定床反应器，可以采用一次通过流程，第一固定床反应区的反应器中使用的催化剂可以采用现有石脑油加氢精制催化剂，所述催化剂包括载体和活性金属，其中活性金属可以为镍、钴、钼或钨中的一种或几种；载体可以为氧化铝、氧化硅、氧化铝-氧化硅、氧化钛中的一种或几种。

20、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第二固定床反应区的反应条件如下：反应温度为350～400℃，优选为360～390℃；氢油体积比为700～1500，优选为800～1200；液时体积空速为0.5～3.0h-1，优选为1.0～2.0h-1；反应压力为12.0～16.0mpa，优选为13.0～15.0mpa。

21、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(1)得到的第一轻馏分可以进入第一固定床反应区进行处理，或者不经加氢处理直接与步骤(6)得到的轻石脑油混合作为蒸汽裂解装置制乙烯的原料使用。

22、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(3)中的第二重馏分可以循环到第一沸腾床反应区和/或第二沸腾床反应区中进行处理，或者也可以外排作为焦化、溶剂脱沥青、部分氧化法制氢(pox)等装置的原料。具体的，其可作为焦化原料生产低硫石油焦，或者作为pox制氢原料，或者进溶剂脱沥青装置后生成脱沥青油和脱油沥青，脱沥青油进加氢裂化装置处理，脱油沥青作为pox制氢原料。

23、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(6)中的轻石脑油可以作为蒸汽裂解装置制乙烯的原料使用，重石脑油可以作为芳烃原料。

24、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第二固定床反应区可设置单台固定床反应器，或者也可以设置两台以上固定床反应器，优选两台以上固定床反应器之间以串联方式配置，更进一步优选设置两个串联配置的固定床反应器；采用两个固定床反应器设置时，第一反应器和第二反应器分别设置为精制反应器和裂化反应器。第二固定床反应区可以采用单段串联一次通过流程、单段串联部分循环流程、单段串联全循环流程中的任一种，优选采用单段串联全循环流程。

25、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第二固定床反应区设置两台以上固定床反应器时，根据加工原料中杂质含量可设置汽提塔用来脱除h2s、nh3等，汽提塔得到的气相进入后续冷高分、循环氢净化回收单元进行处理。

26、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，第二固定床反应区的固定床反应器中装填有固定床加氢催化剂，具体可以是加氢精制催化剂和/或加氢裂化催化剂。所述催化剂可以采用市售商品，也可以按照现有技术公开的方法进行自制。

27、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(5)中的第四气相料流经过净化处理后作为循环氢使用，净化处理一般包括脱硫处理、膜分离等氢气净化处理，膜分离后的富氢气体中氢气浓度一般要求达到95％以上，通过循环氢压缩机升压后作为循环氢循环到各反应单元使用。

28、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(2)中的反应生成物料经分离后得到第一气相料流和第一液相料流，分离时引入循环氢和/或新氢作为气提介质与反应生成物料一起进行分离。

29、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(3)中的反应生成物料经分离后得到第二气相料流和第二液相料流，分离时引入循环氢和/或新氢作为气提介质与反应生成物料一起进行分离。

30、进一步的，上述原油制化学品集成加氢工艺中，作为一种具体实施方案，步骤(6)中的加氢重油循环回第二固定床反应区进行处理。

31、本发明第二方面提供一种原油制化学品集成加氢系统，所述系统包括第一分馏单元、第一沸腾床反应区、第一气液分离器、第二沸腾床反应区、第二气液分离器、第一固定床反应区、第二固定床反应区、第二分馏单元、第三气液分离单元、第四气液分离器、第四分馏单元；

32、第一分馏单元，其用于接收并分离原油，原油分离后得到第一轻馏分、第一中间馏分和第一重馏分；

33、第一沸腾床反应区，其用于接收来自第一分馏单元的第一重馏分，与氢气接触进行反应；

34、第一气液分离器，其用于接收并分离来自第一沸腾床反应区的反应生成物料，经分离后得到第一气相料流和第一液相料流；

35、第二沸腾床反应区，其用于接收来自第一气液分离器的第一液相料流，与氢气接触进行反应；

36、第二气液分离器，其用于接收来自第二沸腾床反应区的反应生成物料，经分离后得到第二气相料流和第二液相料流；

37、第二分馏单元，其用于接收来自第二气液分离器的第二液相料流，经分离后得到第二轻馏分、第二中间馏分和第二重馏分；

38、第一固定床反应区，其用于接收来自第一气液分离器的第一气相料流、来自第二气液分离器的第二气相料流，与氢气接触进行反应；

39、第三气液分离器，其用于接收来自第一固定床反应区的反应生成物料，经分离后得到第三气相料流和第三液相料流；

40、第二固定床反应区，其用于接收来自第一分馏单元的第一中间馏分、来自第二分馏单元的第二轻馏分和第二中间馏分、来自第三分离器的第三气相料流，与氢气接触进行反应；

41、第四气液分离器，其用于接收来自第二固定床反应区的反应生成物料，经分离后得到第四气相料流和第四液相料流；

42、第三分馏单元，其用于接收来自第三气液分离单元的第三液相料流和来自第四气液分离器的第四液相料流，分离后得到轻烃、轻石脑油、重石脑油和加氢重油。

43、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，第三分馏单元得到的加氢重油经管线进入第二固定床反应区。

44、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，第二分馏单元，其用于接收来自第二气液分离器的第二液相料流，经分离后得到第二轻馏分a、第二轻馏分b、第二中间馏分和第二重馏分；第二轻馏分b经管线与第一沸腾床反应区和/或第二固定床反应区连通；第二轻馏分a和第二中间馏分进入第二固定床反应区进行处理。

45、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，第二固定床反应区可设置单台固定床反应器，或者也可以设置两台以上固定床反应器，优选两台以上固定床反应器之间以串联方式配置，更进一步优选设置两个串联配置的固定床反应器；采用两个固定床反应器设置时，第一反应器和第二反应器分别设置为精制反应器和裂化反应器。第二固定床反应区可以采用单段串联一次通过流程、单段串联部分循环流程、单段串联全循环流程中的任一种，优选采用单段串联全循环流程。

46、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，第一分馏单元得到的第一轻馏分与第一固定床反应区连通，进入第一固定床反应区进行处理，或者直接与第三分馏单元得到的轻石脑油混合作为蒸汽裂解装置制乙烯的原料使用。

47、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，第一固定床反应区设置一台以上的固定床反应器，可以采用一次通过流程。

48、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，第一沸腾床反应区、第二沸腾床反应区设置单台沸腾床反应器，或者也可以设置两台以上沸腾床反应器，优选两台以上沸腾床反应器之间以串联方式配置，更进一步的反应器之间设置气液分离器；沸腾床反应器可以采用外带有循环杯的反应器，也可为中石化(大连)石油化工研究院开发的带有三相分离器的strong沸腾床反应器。

49、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，来自第二分馏单元的第二重馏分可以与第一沸腾床反应区和/或第二沸腾床反应区连通，进入其中进行处理，或者也可以外排与焦化装置、溶剂脱沥青装置、pox装置(pox指部分氧化法制氢)连通，作为装置进料使用。

50、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，来自第四气液分离器的第四气相料流与净化装置连通，处理后作为循环氢使用，净化装置一般包括脱硫装置、膜分离装置，一般控制膜分离后的富氢气体中氢气浓度一般要求达到95％以上，通过循环氢压缩机升压后作为循环氢循环到各反应单元使用。

51、进一步的，上述原油制化学品集成加氢系统中，作为一种具体实施方式，循环氢压缩机出口经管线分别与第一气液分离器和第二气液分离器连通。

52、与现有技术相比，本发明提供的原油制化学品集成加氢工艺和加氢系统具有以下优点：

53、(1)本发明提供的原油制化学品集成加氢工艺和加氢系统中，通过沸腾床反应区和固定床反应区进行高效耦合集成，将沸腾床反应区反应后的气相组分直接送至后续固定床反应区，可以充分利用沸腾床反应区的压力等级，节省操作费用。通过将循环氢引入至气液分离器中，尤其是沸腾床反应器之间的气液分离器中，利用循环氢将轻质馏分分离到气相物料中，并结合增设的高压第一固定床反应区进行杂质脱除，其高分气相再次直接进入第二固定床反应区作为氢气原料使用。整个工艺流程设置中各加氢单元之间实现热进料，省去各单独加氢单元的加热炉、高压泵等设备，同时各加氢装置公用分馏系统、循环氢脱硫塔等装置，大幅降低装置投资和能耗。

54、(2)本发明基于反应动态平衡理论、自由基反应和正碳离子反应机理，在充分掌握沸腾床反应区的反应平衡转化过程机理前提下，将第二轻馏分b(主要是重柴油馏分)引入第一沸腾床反应区，使原料到轻质馏分的转化平衡发生变化，原料往蜡油馏分和石脑油馏分平衡转化率增加，可以提高化学品收率。分析后认为一方面是由于相对于蜡油馏分，柴油馏分在固定床加氢裂化生成石脑油困难度增加；第二方面是由于随着柴油馏分引入后原料更大比例地转化为蜡油馏分，整个原料胶体结构能够保持较高的稳定性；第三方面是由于沸腾床反应区主要为自由基反应的热裂化，固定床反应区主要为正碳离子反应的催化裂化，在保证转化率的前提下，尽可能降低轻质油收率，这样能够为避免生成较多的甲烷c1组分，提高化学品有效收率。

55、(3)本发明基于传质动力学和溶氢平衡理论，相比于渣油原料直接进沸腾床，轻质组分的引入对增加渣油大分子扩散的催化剂孔道中，促进硫、氮、金属等杂质脱除；同时相比渣油体系，轻质馏分对氢气的溶解度更高，能够快速补充系统中反应掉的氢气，加快反应进行，减缓结焦，显著改善加氢重油的性质。