[发明专利]利用温度梯度工艺直接催化裂化原油

说明书

技术领域

本发明的领域涉及用于将未蒸馏且未分馏的烃类材料转化成为产物烃的方法和系统。更具体而言，本发明的领域涉及用于将烃类材料、尤其是未蒸馏且未分馏的原油，转化成为包含轻质烯烃和C6-8芳香族化合物的混合物的烃类产物的系统和方法。

背景技术

随着与我们使用不可再生资源(包括原油、气凝析油和天然气)作为基础来制造运输燃料相关的全球意识的提升，使用汽油和柴油燃料的长期上涨趋势可能最终会稳定，甚至在接下来的几十年中还会衰弱，即使考虑到全球人口增加的情况也是如此。然而，对于部分来源于烃类材料的石油化工产品或化学品的总需求将会持续上升。人类社会以及其持续的技术进步将会要求基础的、中等的和高级的石油化工类产品，尤其是芳香族化合物和聚合物。

现代化的石油化工炼油厂的设计集中在从石油桶中几乎每一种馏分来制造发动机燃料。天然气、凝析液和原油具有可用于制造炼油厂中间体的烃类馏分，包括LPG、天然汽油、石脑油、煤油、常压瓦斯油和减压瓦斯油。进而，下游工艺将这些炼油厂中间体转化成为用于汽油、航空煤油(jet)、柴油和重质运输燃料的燃料组分。炼油厂还制造化学原料，包括乙烯和丙烯之类的烯烃、以及作为一次或二次工艺产品的二甲苯之类的芳香族化合物。但是，现有的用于从原油的馏分或者其他烃类材料来源来制造化学原料的工艺是耗费能量、时间和资金的。

烃类材料的馏分可用作化学品生产的原料。常规的烃类原料馏分包括乙烷、LPG、石脑油和瓦斯油。化学品制造商使用这些馏分来制造“轻质”烯烃(例如，乙烯和丙烯)供下游使用。用于由烷烃生成烯烃的两种主要的技术包括蒸汽裂化工艺和流化催化裂化(FCC)工艺。“裂化”是存在于烃类材料中的碳-碳键的断裂。

蒸汽或“热”裂化为非催化的石油化工转化工艺。蒸汽裂化能够由各种液态和气态的烃类原料(包括乙烷和重质石脑油)制造简单的烯烃，包括乙烯、丙烯和丁烯；丁二烯；以及芳香族化合物，包括BTEX化合物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯的三种异构体)。例如，将石脑油原料与过热蒸汽混合(其中过热蒸汽充当稀释剂和热能的供应者)，然后将其引入到在约700-900℃下运行的重整炉中，从而由石脑油原料中的烷烃材料的裂解制造烯烃和氢气形式。

热裂化是一种广泛认可和使用的制造轻质烯烃的工艺；但是，它也是石油化工工业中最耗费能源的工艺之一。蒸汽裂化器的热解阶段能够消耗约65％的设备工艺能量。其也可以占工艺总能量损失的约75％。避免使用完全基于热能的工艺能够显著降低制造烯烃和芳香族化合物所需的能量。

流化催化裂化(FCC)工艺既利用热处理反应工艺又利用催化处理反应工艺。该工艺利用在汽化的进料烃的上升流中混合和悬浮的催化剂，从而形成固体催化剂的流化床。预热的烃类进料(通常为瓦斯油)通过进料嘴喷洒至提升管的底部。热的、流化的催化剂与烃类进料接触，使得该进料闪蒸为蒸气。在蒸气状态下，烃催化裂解成为烯烃和芳香族化合物以及低碳链烷烃和环烷烃。裂化的烃类产物从FCC单元排出。下游系统将裂化产物冷却并将其分为氢气至燃料油，然后该燃料油被分布在其他用于进一步加工的各个系统中。催化裂化工艺的副产物是位于催化剂上的“焦炭”，其为碳残余物的形式。FCC工艺中的第二单元将焦化或“失效”的催化剂收集起来，利用蒸汽和随后的氧气源使催化剂“再生”，以再次用于FCC中。FCC工艺将催化剂预热并将再生的催化剂再次引入至提升管中，重复该裂化循环。

“焦炭”和派生词(即，“焦化”)是指高分子量的含碳固体，主要但非排他地由碳原子构成。最通常地，焦炭残余物由在高处理温度下被引入的烃类材料的氢的脱除而形成，包括多核芳香族化合物和沥青质类材料的凝结。将焦炭暴露于氧气中之后形成碳氧化物从而将其除去。

FCC工艺比蒸汽裂化工艺的能效高得多；但是FCC工艺也只能够处理某几种类型污染物，包括焦炭、酸和特定的重金属。含氮和含硫的化合物是公知的FCC催化剂毒物。

热工艺和FCC工艺的设计和功能不能够处理作为一次进料的全部沸点范围的原油。对于全部沸点范围的烃类进料的裂解存在两个主要的挑战性问题，这阻止了这两个工艺的应用：由于形成焦炭和来自重金属以及存在于未分馏的烃类进料中的毒物的催化剂污染，导致催化剂快速失活，因此难以使用基于催化剂的体系。宽泛的温度范围(在该范围内，“可裂化的”原油组分裂化)导致纯热性工艺的工艺控制和长期系统完整性(即，基于温度/时间的应力破坏)产生问题。

发明内容