重油的氧化－减粘裂化工艺及其双功能重油加工系统

摘要

本发明公开了一种重油的氧化－减粘裂化工艺及其双功能重油加工系统。本发明保护氧化分馏双功能塔，含有所述双功能塔的重油加工系统，以及应用所述双功能塔或所述系统进行重油氧化－减粘裂化的方法。氧化分馏双功能塔包括塔体和设于塔内的水油双功能分布器、塔板、取热盘管和空气蒸汽分布器；塔体上设有沥青原料入口、减粘原料入口、空气分布管入口、塔顶出口、塔底出口、柴油出口、减粘汽油回流入口、减粘柴油回流入口和水入口。本发明有如下优点：①技术联合，节约设备，减少投资，减少占地；②两套工艺，原料适应性强；③产品质量稳定、合格率高；④两套装置集约为一套装置，节约控制系统，减少人员，降低成本；⑤氧化效果高、时间短。

说明书

技术领域

本发明涉及重油的氧化-减粘裂化工艺及其双功能重油加工系统。

背景技术

随着世界原油资源重质化、劣质化的趋势，如何提高重油的加工技术，增加重油加工的经济效益越来越受到重视。对于以加工重质原油生产沥青和燃料油的专业炼油厂来说，根据原油性质和市场需求，一般需同时建设两套装置，减粘裂化装置和氧化装置，以满足燃料油和沥青生产的要求。春夏秋季或沥青需求旺季，可以用氧化装置生产沥青产品；冬季或沥青需求淡季，以及当原油不适合生产沥青时，用减粘裂化装置生产低粘度燃料油。但两套装置通常是一套运行，同时另一套停工，装置利用率低，设备比较浪费。

氧化法生产沥青是将软化点低、针入度及温度敏感性大、不能满足用户要求的减压渣油或软沥青，在一定温度条件下通入空气，使其组成发生变化，软化点升高、针入度及温度敏感性减小，以达到道路沥青规格指标和使用性能要求。氧化法生产沥青的发展大致可分为三个阶段：间歇式氧化釜阶段、连续式氧化釜阶段和氧化塔阶段。七十年代以来，塔式流程逐渐兴起，目前新建的氧化装置全是塔式流程。

减粘裂化实质上是一种轻度热裂化过程，主要目的是以常压重油、减压渣油等高粘度的油品为原料，生产粘度、闪点符合规格的燃料油，并生产部分轻质油品。减粘裂化工艺的发展经历了三个阶段：下行式反应塔减粘工艺、加热炉管式减粘工艺和上流式反应塔减粘工艺。下行式反应塔减粘工艺、加热炉管式减粘工艺的工艺特点是采用高温、短反应时间操作，因采用高反应温度，有利于缩合反应，使得结焦过程加快，但加热炉和反应塔结焦严重，开工周期短，只有1～2个月，此工艺已被淘汰。上流式反应塔减粘工艺的特点是采用较低的反应温度和较长的反应时间。由于反应温度比常规减粘工艺低30～40℃，胶质的缩合反应基本被抑制，与常规减粘工艺相比，具有改善产品质量和改善装置结焦严重的效果，延长了开工周期，降低了燃料消耗和装置投资等优点。

发明内容

本发明的目的是提供重油的氧化-减粘裂化工艺及其双功能重油加工系统。

本发明保护一种氧化分馏双功能塔，同时保护含有所述双功能塔的重油加工系统，并且保护应用所述双功能塔或所述加工系统进行重油氧化-减粘裂化的方法。

本发明提供的氧化-分馏双功能塔，它包括中空的塔体和设于塔体腔内的内构件，内构件包括：水油双功能分布器3-1、塔板3-2、取热盘管3-3和空气蒸汽分布器3-4；所述塔体上设有沥青原料入口3-5、减粘原料入口3-6、空气分布管入口3-7、塔顶出口3-8、塔底出口3-9、柴油出口3-10、减粘汽油回流入口3-11、减粘柴油回流入口3-12和水入口3-13；

所述水油双功能分布器3-1设于塔体腔内上部；空气蒸汽分布器3-4和取热盘管3-3设于塔体腔内下部；取热盘管3-3设于空气蒸汽分布器3-4上方；塔板3-2设于水油双功能分布器3-1和取热盘管3-3之间；

所述塔顶出口3-8设于塔体的顶部；沥青原料入口3-5、空气分布管入口3-7、减粘汽油回流入口3-11、减粘柴油回流入口3-12和水入口3-13设于塔体的上部；减粘汽油回流入口3-11、减粘柴油回流入口3-12和水入口3-13均与水油双功能分布器3-1处于相对应的位置；沥青原料入口3-5和空气分布管入口3-7的位置低于水油双功能分布器3-1；柴油出口3-10设于塔体的中部；减粘原料入口3-6设于塔体的下部，且位置高于取热盘管3-3；塔底出口3-9设于塔体的下部，且位置低于空气蒸汽分布器3-4。

所述氧化分馏双功能塔的塔体上可设有蒸汽入口3-14，所述蒸汽入口3-14与空气蒸汽分布器3-4处于相对应的位置。

所述氧化分馏双功能塔中，所述塔板可为多层(两层以上)，根据物料的处理量设计确定，一般在7-15层，每两个所述塔板间的垂直距离可为1200-1500mm。

所述氧化分馏双功能塔中，沥青原料入口5和减粘原料入口6在塔体上位于不同的水平线和不同的垂直线，以免影响塔体的坚固程度。

所述氧化-分馏双功能塔中，所述塔板具体可为常规浮阀塔板。

所述氧化-分馏双功能塔中，所述水油双功能分布器的主要功能为使水或减粘回流油入塔后均匀分布，炼油装置中的常规物料分布器即可。

所述氧化-分馏双功能塔中，所述空气蒸汽分布器的主要功能为使空气或蒸汽入塔后均匀分布，炼油装置中的常规物料分布器即可。

本发明是在氧化装置和减粘裂化装置的基础上，对原有技术进行有机整合，创新设计成一套装置，同时具有减粘裂化和氧化沥青装置的双功能，一套装置实现即可氧化生产沥青，又可以减粘生产燃料油。不仅节约设备投资，节约占地面积，同时生产方案更加灵活，工艺切换便捷，集约控制，将原有两种装置技术进一步提升。

本发明还保护含有所述氧化分馏双功能塔的氧化-减粘裂化双功能重油加工系统。

所述氧化-减粘裂化双功能重油加工系统包括加热炉1、减粘反应器2、氧化分馏双功能塔3、柴油汽提塔4、分馏塔顶回流罐5、饱和器6、柴油罐7、尾气水封罐8、空气压缩机9和压缩机出口缓冲罐10；

加热炉1具有原料入口1-1、燃料入口1-2和出口1-3；减粘反应器2具有入口2-1和出口2-2；柴油汽提塔4具有入口4-1、柴油出口4-2和减粘柴油回流出口4-3；分馏塔顶回流罐5具有入口5-1、废气出口5-2和物料回收出口5-3；饱和器6具有水入口6-1、气体入口6-2、尾气出口6-3和污油出口6-4；柴油罐7具有补充柴油入口7-1、循环柴油入口7-2和出口7-3；尾气水封罐8具有水入口8-1、气体入口8-2和尾气回收出口8-3；压缩机出口缓冲罐10具有入口10-1和出口10-2；

加热炉1的出口1-3连接管道11，管道11分成两支分支管道，一支分支管道11-1与减粘反应器2的入口2-1连接，另一支分支管道11-2与氧化分馏双功能塔3的沥青原料入口3-5连接；减粘反应器2的出口2-2通过管道12与氧化分馏双功能塔3的减粘原料入口3-6连接；管道11-1上设有减粘反应器进口阀，管道12上设有减粘反应器出口阀；管道11-2上设有氧化流程阀；空气压缩机9通过管道13与压缩机出口缓冲罐10的入口10-1连接；管道14一端与压缩机出口缓冲罐10的出口10-2相接，另一端通过氧化分馏双功能塔3的空气分布管入口3-7与空气蒸汽分布器3-4连接；水油双功能分布器3-1连接管道15，管道15通过水入口3-13伸出氧化分馏双功能塔3；氧化分馏双功能塔3的塔顶出口3-8连接管道16，管道16分成两支分支管道，一支分支管道16-1与分馏塔顶回流罐5的入口5-1连接，另一支分支管道16-2与饱和器6的气体入口6-2连接；分馏塔顶回流罐5的物料回收出口5-3连接管道17，管道17分成两支分支管道，一支分支管道17-1外接，另一支分支管道17-2通过氧化分馏双功能塔3的减粘汽油回流入口3-11与氧化分馏双功能塔3的水油双功能分布器3-1连接；氧化分馏双功能塔3的柴油出口3-10通过管道18与柴油气提塔4的入口4-1连接；柴油汽气提塔4的减粘柴油回流出口4-3连接管道19，管道19通过氧化分馏双功能塔3的减粘柴油回流入口3-12与氧化分馏双功能塔3的水油双功能分布器3-1连接；饱和器6的尾气出口6-3通过管道20与尾气水封罐8的气体入口8-2连接；柴油罐7的出口7-3连接管道21，管道21通过取热盘管3-3后与柴油罐的循环柴油入口7-2连接。

所述氧化-减粘裂化双功能重油加工系统中，还可根据实际需要，设有若干调节阀等自动控制装置，以控制系统中物料的流量等。

所述氧化-减粘裂化双功能重油加工系统中，所述氧化分馏双功能塔3的塔底出口3-9可外接沥青成品罐或渣油成品罐，以将成品沥青或者减粘渣油输出；所述分支管道17-1可外接汽油罐，以输出汽油；所述柴油气提塔4的柴油出口4-2可外接柴油回收罐，以输出柴油；所述饱和器6的污油出口6-4可外接污油罐22，以输出污油。

加热炉的原料入口1-1用于输入原料，燃料入口1-2用于输入燃料。分馏塔顶回流罐5的废气出口5-2用于输出废气，可将废气重新输入加热炉的燃料入口1-2，以回收利用。饱和器6的水入口6-1用于将水输入饱和器6。尾气水封罐8的水入口8-1用于将水输入尾气水封罐8。柴油罐7的补充柴油入口7-1用于在柴油罐中的循环柴油不足时，外加柴油。尾气水封罐8的尾气回收出口8-3，用于输出尾气，可将尾气重新输入加热炉的燃料入口1-2，以回收利用。

所述氧化-减粘裂化双功能重油加工系统中，所述管道12上设有两个减粘反应器出口阀，分别靠近减粘反应器和氧化分馏双功能塔，以避免氧化沥青工艺中的原料在管中聚集；管道11-2上设有两个氧化流程阀，分别靠近管道11分支处和靠近氧化分馏双功能塔处，以避免减粘裂化工艺中的原料在管中聚集。

在进行减粘裂化工艺时：所述氧化分馏双功能塔的蒸汽入口3-14可外接蒸汽，以供应热量；所述柴油气提塔4可外接蒸汽，以供应热量。

所述管道16-1上，可设有空冷器23，以冷却塔体出口抽出的油气。

本发明的氧化分馏双功能塔是将氧化塔和分馏塔进行合并，并在设计上改进，具有双功能的特点。使用本发明的氧化分馏双功能塔，当生产方案变化时，只需进行简单的切换，就可以实现不同工艺生产。本发明的氧化分馏双功能塔由于增加了塔板的数量，在氧化反应时，氧化过程得到了强化，使空气气泡在塔内成折线路程上升，行程加长，从而使空气与油反应的接触时间增加，同时也减少了空气气泡在上升过程中的短路现象，而且空气在塔内上升过程中合并成的大气泡，每接触一次塔板，就被塔板破碎成小气泡，这样可保持较大的接触面积和反应速度。提高氧化效果，减少氧化时间。

本发明在现有的氧化装置和减粘裂化装置的基础上，进行有机整合，创新设计了新同时具有减粘裂化和氧化沥青装置双功能，一套系统即可氧化生产沥青，又可以减粘生产燃料油，根据生产的产品方案要求，进行加工工艺切换即可。本发明具有如下优点：

1、技术联合，节约设备，减少投资，减少占地。

新建一套50万吨/年氧化和减粘双功能系统，与新建一套50万吨/年氧化装置和新建一套50万吨/年减粘装置比较，优化设计，减少一个加热炉，也减少一个塔，部分系统共用(包括换热器、仪表、电气、工艺管道、阀门、结构等)，一套装置实现两套装置功能，预计可节约设备投资四分之一。

2、两套方案，生产灵活，两套工艺，原料适应性强。

3、生产平稳和产品质量稳定，产品合格率高。

4、两套装置集约为一套联合装置，节约控制系统，减少人员，降低成本。

5、氧化效果提高，氧化时间短，产品质量提高。

附图说明

图1为氧化分馏双功能塔的结构示意图。

图2为氧化-减粘裂化双功能重油加工系统的流程示意图。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1、氧化-减粘裂化双功能重油加工系统的应用

如图1所示，氧化分馏双功能塔为中空的塔体和设于塔体腔内的内构件，内构件包括：水油双功能分布器3-1、七层塔板3-2、取热盘管3-3和空气蒸汽分布器3-4；水油双功能分布器3-1设于塔体腔内上部；空气蒸汽分布器3-4和取热盘管3-3设于塔体腔内下部；取热盘管3-3设于空气蒸汽分布器3-4上方；各层塔板3-2分散设于水油双功能分布器3-1和取热盘管3-3之间，每两个塔板间的垂直距离为1200-1500mm；塔顶出口3-8设于塔体的顶部；沥青原料入口3-5、空气分布管入口3-7、减粘汽油回流入口3-11、减粘柴油回流入口3-12和水入口3-13设于塔体的上部；减粘汽油回流入口3-11、减粘柴油回流入口3-12和水入口3-13均与水油双功能分布器3-1处于相对应的位置；沥青原料入口3-5和空气分布管入口3-7的位置低于水油双功能分布器3-1；柴油出口3-10设于塔体的中部；减粘原料入口3-6设于塔体的下部，且位置高于取热盘管3-3；塔底出口3-9设于塔体的下部，且位置低于空气蒸汽分布器3-4；蒸汽入口3-14位于空气蒸汽分布器3-4处于相对应的位置。沥青原料入口3-5和减粘原料入口3-6在塔体上位于不同的水平线和不同的垂直线。

氧化-减粘裂化双功能重油加工系统见图2。它包括加热炉1、减粘反应器2、氧化分馏双功能塔3、柴油汽提塔4、分馏塔顶回流罐5、饱和器6、柴油罐7、尾气水封罐8、空气压缩机9和压缩机出口缓冲罐10；

加热炉1具有原料入口1-1、燃料入口1-2和出口1-3；减粘反应器2具有入口2-1和出口2-2；柴油汽提塔4具有入口4-1、柴油出口4-2和减粘柴油回流出口4-3；分馏塔顶回流罐5具有入口5-1、废气出口5-2和物料回收出口5-3；饱和器6具有水入口6-1、气体入口6-2、尾气出口6-3和污油出口6-4；柴油罐7具有补充柴油入口7-1、循环柴油入口7-2和出口7-3；尾气水封罐8具有水入口8-1、气体入口8-2和尾气回收出口8-3；压缩机出口缓冲罐10具有入口10-1和出口10-2；

加热炉1的出口1-3连接管道11，管道11分成两支分支管道，一支分支管道11-1与减粘反应器2的入口2-1连接，另一支分支管道11-2与氧化分馏双功能塔3的沥青原料入口3-5连接；减粘反应器2的出口2-2通过管道12与氧化分馏双功能塔3的减粘原料入口3-6连接；管道11-1上设有减粘反应器进口阀，管道12上设有两个减粘反应器出口阀，分别靠近减粘反应器和氧化分馏双功能塔，以避免氧化沥青工艺中的原料在管中聚集；管道11-2上设有两个氧化流程阀，分别靠近管道11分支处和靠近氧化分馏双功能塔处，以避免减粘裂化工艺中的原料在管中聚集；空气压缩机9通过管道13与压缩机出口缓冲罐10的入口10-1连接；管道14一端与压缩机出口缓冲罐10的出口10-2相接，另一端通过氧化分馏双功能塔3的空气分布管入口3-7与空气蒸汽分布器3-4连接；水油双功能分布器3-1连接管道15，管道15通过水入口3-13伸出氧化分馏双功能塔3；氧化分馏双功能塔3的塔底出口3-9外接沥青成品罐或渣油成品罐，以将成品沥青或者减粘渣油输出；氧化分馏双功能塔3的塔顶出口3-8连接管道16，管道16分成两支分支管道，一支分支管道16-1与分馏塔顶回流罐5的入口5-1连接，管道16-1上设有空冷器23，以冷却塔体出口喷出的油气，另一支分支管道16-2与饱和器6的气体入口6-2连接；分馏塔顶回流罐5的物料回收出口5-3连接管道17，管道17分成两支分支管道，一支分支管道17-1外接汽油罐，以输出汽油，另一支分支管道17-2通过氧化分馏双功能塔3的减粘汽油回流入口3-11与水油双功能分布器3-1连接；柴油出口3-10通过管道18与柴油气提塔4的入口4-1连接；柴油气提塔4的柴油出口4-2外接柴油回收罐，以输出柴油；柴油汽气提塔4的减粘柴油回流出口4-3连接管道19，管道19通过氧化分馏双功能塔3的减粘柴油回流入口3-12与水油双功能分布器3-1连接；饱和器6的尾气出口6-3通过管道20与尾气水封罐8的气体入口8-2连接；饱和器6的污油出口6-4外接污油罐22，以输出污油；柴油罐7的出口7-3连接管道21，管道21通过取热盘管3-3后与柴油罐的循环柴油入口7-2连接。

加热炉的原料入口1-1用于输入原料，燃料入口1-2用于输入燃料。分馏塔顶回流罐5的废气出口5-2用于输出废气，将废气重新输入加热炉的燃料入口1-2，以回收利用。饱和器6的水入口6-1用于将水输入饱和器6。尾气水封罐8的水入口8-1用于将水输入尾气水封罐8。柴油罐7的补充柴油入口7-1用于在柴油罐中的循环柴油不足时，外加柴油。尾气水封罐8的尾气回收出口8-3，用于输出尾气，将尾气重新输入加热炉的燃料入口1-2，以回收利用。

所述氧化-减粘裂化双功能重油加工系统中，还可根据实际需要，设有若干调节阀等自动控制装置(如图中的○和所示)，以控制系统中物料的流量等。

上述氧化-减粘裂化双功能重油加工系统可以用于生产氧化沥青，也可以用于生产减粘渣油(燃料油)。可以根据原料性质和市场需求确定生产方案，切换氧化流程或减粘裂化流程。

一、氧化-减粘裂化双功能重油加工系统用于生产氧化沥青

当原油适合生产沥青，且市场需求旺盛时，关闭减粘反应器的进口阀和出口阀，打开氧化流程阀，氧化-减粘裂化双功能重油加工系统即被调整为氧化生产沥青的系统，可进行氧化工艺流程，具体如下：

压缩机产生压力为2-2.5公斤/cm²的空气，经压缩机出口缓冲罐后，送入氧化分馏双功能塔的空气蒸汽分布器，喷出后在氧化分馏双功能塔内与渣油发生反应。新鲜水进入氧化分馏双功能塔的水油双功能分布器，引入塔顶气相，经分布器进入塔内物料中，控制气相温度，防治结焦。新鲜水进入饱和器和尾气水封罐。渣油(原料)从原料入口进入加热炉，被加热至190℃±5℃后，进入氧化分馏双功能塔。在氧化分馏双功能塔中，渣油和空气发生氧化反应，由于氧化分馏双功能塔内具有塔板，空气气泡在塔内成折线路程上升，行程加长，从而使空气与渣油反应的接触时间增加，同时也减少了空气气泡在上升过程中的短路现象，可保持较大的接触面积和反应速度。沥青产品由成品泵从氧化分馏双功能塔的塔底出口抽出，打入成品罐。氧化尾气由氧化分馏双功能塔的塔顶出口进入饱和器。不凝的尾气由饱和器进入尾气水封罐，将尾气水封罐中的气体通过管道引入加热炉的燃料入口烧掉。饱和器中污油引入污油罐，回收作为燃料。柴油由柴油罐进入氧化分馏双功能塔的取热盘管，取走过剩能量，再经换热循环，打回柴油罐。循环柴油不足时，从补充柴油入口向柴油罐中外加柴油。

氧化操作条件数据见表1。

  参数名称(工艺操作条件)  操作数据  氧化进料量  40吨/小时  加热炉对流室温度  190±5℃  加热炉炉膛温度  700±10℃  加热炉出口温度(氧化分馏双功能塔的进料温度)  192±5℃  氧化分馏双功能塔塔顶压力  53KPa  氧化分馏双功能塔塔顶温度  128℃  氧化分馏双功能塔塔底温度  190℃  氧化分馏双功能塔的液面高度  70％  压缩机风量  900m³/h  氧化时间  2小时

渣油原料的性质和成品沥青的质量指标见表2。

表2  渣油原料的性质和成品沥青的质量指标

二、氧化-减粘裂化双功能重油加工系统用于生产燃料油

当原油不适合生产沥青，或燃料油市场需求旺盛时，打开减粘反应器的进口阀和出口阀，停开压缩机，关闭氧化流程阀，氧化-减粘裂化双功能重油加工系统即被调整为减粘裂化生产燃料油的系统，可进行减粘裂化流程，具体如下：

渣油(原料)进入加热炉，加热至约397℃后，进入减粘反应器内，渣油在减粘反应器内反应(0.5MPa、397℃)。减粘后的渣油从减粘反应器的出口流出。减粘反应的反应产物进入氧化分馏双功能塔，在氧化分馏双功能塔内进行分馏，在各塔板上传质和传热，根据物料轻重梯度，分割成不同产品(需要时，在减粘反应器的出口管道处打入急冷油使温度降低而中止反应，以免引起后路结焦。)。塔顶油气由氧化分馏双功能塔的塔顶出口抽出，进入空冷器，冷却后进入分馏塔顶回流罐。分馏塔顶回流罐中的减粘瓦斯通过管道引至燃料系统，进行回收利用，分馏塔顶回流罐中的轻油一部分作为汽油产品外接至汽油罐，另一部分打回氧化分馏双功能塔，经氧化分馏双功能塔的水油双功能分布器进入塔顶上部，降低塔顶气体温度，保持塔内汽液项平衡。柴油从氧化分馏双功能塔的柴油出口抽出后，进入柴油气提塔，一部分作为柴油产品外接至柴油回收罐，另一部分打回氧化分馏双功能塔，经氧化分馏双功能塔的水油双功能分布器进入塔顶上部，降低塔顶气体温度，保持塔内汽液项平衡。氧化分馏双功能塔中的减粘渣油(燃料油)从氧化分馏双功能塔的塔底出口抽出，打入渣油罐。

减粘裂化操作条件数据见表3。

表3  减粘裂化操作条件

  参数名称(工艺操作条件)  操作数据  减粘进料量  39吨/小时  加热炉对流室温度  418℃  加热炉炉膛温度  700℃  加热炉出口温度(减粘反应器的入口温度)  397℃  减粘反应器出口温度  383℃  减粘反应器顶压力  133KPa  氧化分馏双功能塔塔顶压力  53KPa  氧化分馏双功能塔塔顶温度  142℃  氧化分馏双功能塔塔底温度  263℃  氧化分馏双功能塔的液面高度  68％

渣油原料的性质和成品燃料油的质量指标见表4。

表4  渣油原料的性质和成品燃料油的的质量指标