一種延遲焦化方法

一種延遲焦化方法
【專利摘要】本發明公開了一種延遲焦化方法，以實現在不提高或適當降低加熱爐出口溫度的前提下，提高熱物流進入焦炭塔的溫度、加大裂解強度、增加輕油收率。本發明方法包括如下步驟所述方法由以下步驟組成：A.原料油與焦化分餾塔塔底循環油混合后進入加熱爐，加熱后進入貧氧空氣混合器與有效量的貧氧空氣接觸后進入延遲焦化轉油線內氧化或燃燒；B.經上述方法處理的高溫熱流，從焦炭塔底部進入焦炭塔進行焦化反應；C.在充焦循環結束后，進一步汽提可揮發組分。采用本發明，在相同原料、焦化塔塔頂壓力，及相近焦化循環比的條件下，可以降低加熱爐出口的溫度、提高爐后熱物流進入焦炭塔的溫度，從而加大裂解深度、增加液體產品的收率。
【專利說明】一種延遲焦化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油煉制領域的一種延遲焦化方法，尤其是涉及一種生成較低Η/C比焦炭的延遲焦化方法。
【背景技術】
[0002]渣油的加工仍以脫炭工藝為主，而延遲焦化工藝具有原料適應性強、工藝流程簡單、技術相對成熟、裝置投資低等優點，已成為重油深度加工的重要手段之一。傳統的延遲焦化工藝主要流程是:來自加熱爐的高溫熱物流通過轉油線從焦炭塔的底部進入焦炭塔，在焦炭塔中進行焦化反應。反應生成油氣從塔頂逸出后至焦化分餾塔進行分餾，主要分餾成焦化氣體、焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油、焦化重蠟油和塔底循環油。一般焦炭塔設為兩個，其中一個充焦完成后進入除焦過程，進塔的熱物流切換至另一個焦炭塔繼續進行焦化反應。焦炭塔內生成的焦炭為整塊狀，主要分為經濟價值較高的針狀焦、一般的海綿焦和較差的彈丸焦、過渡焦。除焦過程主要包括降低塔內焦炭溫度的小吹汽、大吹汽、冷焦、排水，然后拆卸焦炭塔的頂蓋和底蓋、鉆孔和切焦，再上頂蓋和底蓋、暖塔、備用。
[0003]目前世界較為先進的延遲焦化技術主要有:Foster Wheeler AG公司的SYDECSM、ConocoPhillips 公司的ThruPlus?、CB&I 公司的 Lummus Technology' s 的 DCU 技術，以及中國石化洛陽工程公司的可靈活調節循環比工藝等。
[0004]這些工藝技術均屬于傳統延遲焦化工藝，其特點是渣油的裂解、焦炭塔、分餾塔所需全部的熱能由焦化裝置的加熱爐提供。為提高渣油的裂解強度，增加餾分油的產率，往往采取增加焦化加熱爐的加熱強度、改善加熱爐管的傳熱效率等措施，如雙輻射階梯加熱爐等，用以提高爐后渣油的溫度，但現有技術提高爐出口溫度的幅度有限。
[0005]由于上述方法均屬于間接加熱即通過爐管將火焰的熱量傳遞給渣油，這樣，高溫渣油在爐管內的運動形式、停留時間、渣油在此溫度下的生焦趨勢及爐管注汽量及注汽點的分布等都是制約加熱爐平穩運行及爐出口溫度的關鍵因素。
[0006]為此，石油煉制研究者一直做不懈的努力，希望改變渣油的加熱方式提高裂解溫度，增加渣油延遲焦化的輕油收率。
[0007]其中美國ExxonMobil公司多年來開發的Fluid/Flexicoking流化/靈活焦化就是一種改變渣油加熱方式的代表，因其操作難度大、原料適用性低、裝置投資大等，一直沒有得到普遍應用。
[0008]美國專利公開了多篇有關用德國人Lurgi發明的雙螺桿推進器作為渣油進料與高溫熱載體接觸的連續或流化焦化專利，其中較為代表的專利如US7419585，但始終未見在石油基重油或渣油應用的報道，德國Lurgi' AG公司公開了用此技術作為植物質材料的煉油技術。

【發明內容】

[0009]本發明的目的是提供一種延遲 焦化方法，以改變現有技術中渣油的加熱方式提高裂解溫度，增加渣油延遲焦化的輕油收率。實現在不提高或適當降低加熱爐出口溫度的前提下，提高熱物流進入焦炭塔的溫度、加大裂解強度、增加輕油收率、改善產品質量、降低加熱爐熱負荷、提高裝置處理劣質原料的能力并可在焦炭塔內生成較低Η/C比焦炭的延遲焦化方法。具體地說，該方法是在常規延遲焦化的加熱爐至焦化塔之間設有一貧氧空氣混合器并利用常規延遲焦化的轉油線，使熱物流與貧氧空氣混合，發生氧化或燃燒。把爐后高溫熱物流與氧結合，促進膠質、浙青質等極性物質的氧化或燃燒，放出的熱量使熱物流的溫度進一步提高，從而增加裂解強度、降低加熱爐熱負荷、提高輕油收率、改善產品質量并可在焦炭塔內生成較低Η/C比焦炭的延遲焦化方法。
[0010]本發明一種延遲焦化方法，其特征在于，所述方法由以下步驟組成:
[0011]A.原料油與焦化分餾塔塔底循環油混合后進入加熱爐，加熱后進入貧氧空氣混合器與有效量的貧氧空氣接觸后進入延遲焦化轉油線內氧化或燃燒；
[0012]B.經上述方法處理的高溫熱流，從焦炭塔底部進入焦炭塔進行焦化反應；
[0013]C.在充焦循環結束后，進一步汽提可揮發組分。
[0014]本發明一種延遲焦化方法，其進一步技術特征在于:所述方法由以下步驟組成:
[0015]A.原料油與焦化分餾塔塔底循環油混合后進入加熱爐的對流室和輻射室中加熱到440°C -510°C，優選460°C _490°C后，進入貧氧空氣混合器與有效量的貧氧空氣接觸，增加膠質、浙青質等極性物質的有機結合氧量，然后在常規延遲焦化轉油線內氧化或燃燒。在從進入貧氧空氣混合器經轉油線到焦炭塔的過程中，停留時間為l-60s，優選2-lOs ;轉油線管內的表壓為0.2-0.8MPa，優選0.3-0.6MPa。
[0016]B.經上述方法處理的高溫熱流，按常規延遲焦化的方式，從焦炭塔底部進入焦炭塔進行焦化反應。焦炭塔塔頂表壓0-0.3MPa，充焦時間為3-18hr，并在焦炭塔的底部和底部錐形封頭之上連續吹入適量的`360°C~480°C的高溫水蒸氣，進一步汽提焦炭塔內的可揮發性組分，逸出焦化塔塔頂的油氣至焦化分餾塔分餾，焦化分餾塔底部抽出循環油，部分或全部循環油作為焦化循環油與原料油混合進焦化加熱爐。
[0017]C.在充焦循環結束后，焦炭塔內充滿了焦炭，經10_30min進一步汽提可揮發組分，焦炭已成為Η/C比較低的大塊焦炭，通過低溫蒸汽降溫、焦炭塔內注水急冷、卸頂蓋、卸底蓋，用水力除焦的形式，將塔內焦炭由塔底連續排放，并分離出焦炭和水，水循環使用。
[0018]本發明所述原料油包括:減壓渣油、常壓渣油、重質原油、脫油浙青、渣油加氫重油、熱裂化重油、潤滑油精制的抽出油、催化裂化的循環油和澄清油、乙烯裂解的焦油、煉廠污油、城市污油、煤焦油、頁巖油、油砂重油、天然浙青等的一種或幾種的混合物。
[0019]本發明所述貧氧空氣包括:空氣、氧氣、氮氣、延遲焦化干氣、延遲焦化富氣、延遲焦化液化氣等一種或兩種以上的混合氣。
[0020]本發明所述有效量的貧氧空氣，是指貧氧空氣與爐后熱渣油按一定比例通入，貧氧空氣與爐后熱渣油的混合比率1% -12% (Wt)，優選2% -6% (Wt)。
[0021]本發明的實施方案選擇的貧氧空氣，是普通空氣與氮氣按一定比例混合的氣體。空氣與氮氣的混合比率20% -100% (Wt)，優選40% -80% (Wt)。
[0022]本發明所述貧氧空氣混合器如附圖2所示:整體為上下不同徑的圓筒形狀并用圓錐形狀連接、下部與轉油管線同徑。爐后熱物流從所述貧氧空氣混合器下部筒體的側面沿混合器壁垂直方向進入器內；貧氧空氣從貧氧空氣混合器上部筒體的側面進入，經分布器與高溫熱油混合。貧氧空氣混合器的下端與常規延遲焦化的轉油線相連，熱流在管線內氧化或燃燒，促使熱物流進入焦炭塔的溫度升高。
[0023]采用本發明，具有如下的有益效果:
[0024]1.與現有技術相比，在相同原料、焦化塔塔頂壓力，及相近焦化循環比的條件下，使用本發明可以適當降低加熱爐出口的溫度、提高爐后熱物流進入焦炭塔的溫度，從而加大裂解深度、增加液體產品的收率。
[0025]2.本發明的方法，是通過物理與化學方法共同作用，提高進塔溫度、降低油氣分壓，促進焦炭塔內生焦前油氣的揮發，從而在焦炭塔內生成更低Η/C比的焦炭、減少焦炭的收率。
[0026]3.使用本發明可以明顯降低加熱爐的出口溫度，從而擴大裝置處理劣質進料的能力，無需考慮劣質進料對加熱爐平穩運行所帶來的影響。
[0027]4.本發明使用了貧氧空氣，氧的加入可以大幅減少延遲焦化液體產品量中膠質、浙青質等極性物質的含量，從而提高延遲焦化產品的質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發明一種延遲焦化工藝流程示意簡圖；
[0029]圖2為本發明貧氧空氣混合器的結構示意簡圖；
[0030]圖3為本發明貧氧空氣混合器的貧氧空氣分布器的結構示意俯視圖；
[0031]圖4為本發明貧氧空氣混合器的貧氧空氣分布器的結構示意主視圖。
[0032]圖中所示附圖標記為:11_加熱爐，12-貧氧空氣換熱器，13-貧氧空氣混合器，14-四通閥，15a-第一焦炭塔、15`b-第二焦炭塔，16-分餾塔，17-回流罐，18-汽提塔，19-蠟油罐，21-貧氧空氣入口，22-蠟油入口，23-蠟油出口，24-貧氧空氣入貧氧空氣混合器，25-轉油線，26-開工線，27a-第一焦炭塔底進料分布器，27b-第二焦炭塔底進料分布器，28-油氣管線，29-汽提蒸汽，31-氣體，32-汽油，33-柴油，34-蠟油，35-焦炭，36-延遲焦化原料，37-加熱爐進料，38-污水，41-爐后熱物流入口，42-貧氧空氣入口，43-轉油線，44-貧氧空氣筒體，45-封頭，51-熱物流和貧氧空氣混合區筒體，52-熱物流和貧氧空氣混合區錐體，53-貧氧空氣分布器,54-貧氧空氣分布器固定桿。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。附圖和【具體實施方式】并不限制本發明要求保護的范圍。本領域工程技術人員可以根據原料的性質、目的產品的要求、本廠的實際情況，靈活選擇工藝流程及本發明提供的操作參數。
[0034]如附圖1所示，高溫貧氧氧化爐后熱物流的延遲焦化工藝流程與常規延遲焦化工藝流程相比較，在加熱爐出口到轉油線間增加了貧氧空氣混合器13及其附屬的貧氧空氣系統，其它流程不變。
[0035]如附圖2所示，爐后熱物流41從熱物流和貧氧空氣混合區筒體51的側面、上部進入；貧氧空氣42從貧氧空氣筒體44的側面、中部進入，經貧氧空氣分布器53形成筒體橫截面分布均勻的向下流動氣流；貧氧空氣筒體44的底部與錐體52的頂部(小口端)為相同內直徑并用平焊法蘭連接，接縫處與貧氧空氣分布器53的外邊緣同處一個水平面；熱物流和貧氧空氣混合區錐體52的底部(大口端)與熱物流和貧氧空氣混合區筒體51頂部為相同內直徑并焊接相連，在此貧氧空氣與爐后熱物流形成混合體并高速向下流動，經相同內直徑的轉油線43進入四通閥14 ;通過四通閥14的混合熱物流按常規延遲焦化進料的方式進入第一焦炭塔17a或第二焦炭塔17b。
[0036]貧氧空氣混合器13的主要結構參數一般如下:常規延遲焦化裝置轉油線43的內直徑D為200~800_、熱物流和貧氧空氣混合區筒體51的內直徑同為D、爐后熱物流入口41內直徑為0.2~0.6D、熱物流和貧氧空氣混合區錐體52與筒體51所形成的內夾角α為120~160度、貧氧空氣入口 42的內直徑為0.05~0.4D、貧氧空氣筒體44的內直徑為
0.2~0.8D、爐后熱渣油入口管41頂部距離熱物流和貧氧空氣混合區筒體51的頂部L4為10~250mm、錐體52的高度L3為0.1~0.4D、貧氧空氣筒體44的高度L2為0.2~0.8D、貧氧空氣入口 42上部距離貧氧空氣筒體44的頂部LI為10~100mm、貧氧空氣入口 42法蘭外面與筒體同側的外壁距離L5為250~450mm、封頭45為橢圓型封頭。
[0037]貧氧空氣分布器53的主要結構參數一般如下:如附圖3、附圖4所示，氣體分布器53為球面結構，也可以做成錐面結構。球面半徑R6為貧氧空氣分布器53水平面外邊緣半徑Rl的2倍、球面的弧高h為2(sinal5° )2R6、球面的厚度δ為5~20mm ;球面上通氣孔的個數、分布及直徑可根據氣體流量計算設置，但開孔方向垂直于球面；貧氧空氣分布器53水平面外邊緣直徑2R1小于筒體44的內直徑I~2mm以保證方便拆卸并保留一定的間隙使氣體通過；固定桿54為直徑10~40mm鋼棒,需4~8根,其頂端與封頭45焊接、下端設有螺紋并穿過貧氧空氣分布器53、并用螺母上下固定貧氧空氣分布器53。
[0038]貧氧空氣混合器13各部件，通常由耐高溫、抗硫腐蝕的Cr9Mo或Cr5Mo鋼的材料制造；管材或板材的厚度，一般為5~30mm ;封頭、平焊法蘭為標準件；棒材直徑,一般為10~40mm ;相關部件之間的連接，一般采用焊接，焊縫平滑無死角。
[0039]本發明所描述的具`體實施例貧氧空氣換熱器12為普通工業管殼式換熱器，殼程走貧氧空氣、管程走延遲焦化熱蠟油。
[0040]本發明中所描述的具體實施例僅僅是用于說明本發明，并非對本發明的限制，只要在本發明的實質精神范圍內，本【技術領域】內的技術人員所描述的具體實施例所做各種各樣的修改、補充或其它類似方式的替代，都將落在本發明的權利要求書的范圍。
[0041]本發明的一種延遲焦化工藝，如附圖1中所示:來自加熱爐11輻射段的高溫熱物流(460°C -490°C )經貧氧空氣混合器13與貧氧空氣24充分混合后，從貧氧空氣混合器13的上部，以湍流的方式向下移動并沿著轉油線25向四通閥14快速移動。在此過程中熱物流中的膠質、浙青質等極性物質迅速與貧氧空氣中的氧結合，發生氧化反應或部分燃燒并放出熱量，從而提高熱物流的自身溫度。為達到上述目的，轉油線內壓力保持在0.3-0.6MPa，高溫熱物流的停留時間0-60s。這樣的熱物流經過四通閥14后從第一焦炭塔17a或第二焦炭塔17b底部的進料分布器27a或27b進入焦炭塔。在焦炭塔內的熱物流，進一步裂解分離出的氣體、油氣隨上升的氣流經油氣管線28離開焦炭塔17a或17b ;沉降的重組分經過縮合從焦炭塔塔底逐層沉積，再經過焦炭塔底部吹入的過熱蒸汽進一步汽提可揮發性組分，基本形成大塊狀焦炭。焦炭塔內保持塔頂表壓為0.1-0.3MPa的條件維持上述操作。經過油氣管線28進入焦化分餾塔6的油氣，在塔內分餾成幾個餾分:焦化氣體31 (包括貧氧空氣、焦化干氣、焦化液態烴等)、焦化汽油32、焦化柴油33、焦化蠟油34、塔底循環油等。塔底循環油與進塔的延遲焦化原料36經塔底延遲焦化進料泵進加熱爐11。
[0042]除焦過程是在焦炭塔17a或17b任一座已充滿焦炭后(高溫進塔熱物流已切換至另一座焦炭塔)，這時焦炭塔內實際充滿大塊狀焦炭，經短暫時間10-30min的蒸汽汽提，進一步汽提可揮發性組分后，先通過焦炭塔塔底通入低溫水蒸汽降溫、再注水急冷，塔內焦炭冷卻到80°C左右后放空水，開卸頂、底蓋，用水力除焦的方式除焦。大小不一的塊狀焦炭與水由塔底連續放出，焦炭35進入焦池而水經過濾后循環使用。
[0043]下述的對比例、實施例1、實施例2、實施例3均使用延遲焦化的中型試驗裝置，并用同一種渣油原料，原料油的性質見表1。
[0044]其中裝置的加熱爐進料為6kg/h、高溫水蒸氣440°C、低溫水蒸氣130°C、貧氧空氣為普通空氣與氮氣按2: I體積混合的常溫氣體，工藝操作條件及產品分布見表2。
[0045]實施例1:
[0046]如附圖1所示，來自加熱爐11輻射室473°C的高溫熱物流，經貧氧空氣混合器13與占進料3.59% (W)、213°C的貧氧空氣24 (經貧氧空氣換熱器12與蠟油換熱)混合，沿轉油線25快速移動并發生氧化反應或燃燒。在0.5MPa，停留時間3.7s的條件下，從焦炭塔的底部進入焦炭塔進行裂解、焦化反應，并控制焦炭塔塔頂的表壓為0.19MPa，充焦時間為6hr，反應油氣從塔頂逸出至分餾塔進行分離，焦炭塔塔底吹入占進料量1.35% (W)的高溫水蒸汽進行汽提。
[0047]充焦結束后高溫熱物流切換至另外一個焦炭塔，塔內繼續用高溫水蒸汽汽提，經20min塔頂油氣管線切換至冷凝排空專用線，同時用低溫水蒸汽替換高溫水蒸汽進行塔內焦炭的冷卻。經40min降溫后塔內焦炭溫度< 160°C，由塔底循環水線注水急冷并同時關閉低溫水蒸汽，經30min塔內水位已完全浸沒焦炭層后再放水，然后打開焦炭塔底蓋、頂蓋，用高壓水槍切除塔內焦炭并送去存儲，水經過濾循環使用。
[0048]實施例2:`
[0049]加熱爐出口溫度487°C，轉油線25內表壓0.5MPa，熱物流在轉油線25停留時間
3.9s，貧氧空氣占進料2.86% (W)，其它條件同實施例1。
[0050]實施例3:
[0051]加熱爐出口溫度469°C，轉油線25內表壓0.5MPa，熱物流在轉油線25停留時間
2.4s，貧氧空氣占進料5.41% (W)，其它條件同實施例1。
[0052]表1、原料油性質
[0053]
【權利要求】
1.一種延遲焦化方法，其特征在于:所述方法由以下步驟組成: A.原料油與焦化分餾塔塔底循環油混合后進入加熱爐，加熱后進入貧氧空氣混合器與有效量的貧氧空氣接觸后進入延遲焦化轉油線內氧化或燃燒； B.經上述方法處理的高溫熱流，從焦炭塔底部進入焦炭塔進行焦化反應； C.在充焦循環結束后，進一步汽提可揮發組分。
2.根據權利要求1所述的一種延遲焦化方法，其特征在于: A.原料油與焦化分餾塔塔底循環油混合后進入加熱爐的對流室和輻射室中加熱到440°C~510°C，進入貧氧空氣混合器與有效量的貧氧空氣接觸，然后在延遲焦化轉油線內氧化或燃燒，在從進入貧氧空氣混合器經轉油線到焦炭塔的過程中，停留時間為0-60s，轉油線管內的表壓為0.2~0.8MPa ； B.經上述方法處理的高溫熱流，從焦炭塔底部進入焦炭塔進行焦化反應，焦炭塔塔頂表壓O~0.3MPa，充焦時間為3~18hr，并在焦炭塔的底部和底部錐形封頭之上連續吹入適量的360°C~480°C的高溫水蒸氣，進一步汽提焦炭塔內的可揮發性組分，逸出焦化塔塔頂的油氣至焦化分餾塔分餾，焦化分餾塔底部抽出循環油，部分或全部循環油作為焦化循環油與原料油混合進焦化加熱爐； C.在充焦循環結束后，焦炭塔內充滿了焦炭，經10~30min進一步汽提可揮發組分，，通過低溫蒸汽降溫、焦炭塔內注水急冷、卸頂蓋、卸底蓋，用水力除焦的形式，將塔內焦炭由塔底連續排放，并分離出焦炭和水，水循環使用。
3.根據權利要求2所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述步驟A中原料油與焦化分餾塔塔底循環油混合后進入加熱爐的對流室和輻射室中加熱到460 V~490°C后，進入貧氧空氣混合器與有效量的貧氧空氣接觸，在從進入貧氧空氣混合器經轉油線到焦炭塔的過程中，停留時間為2-lOs，轉油線管內的表壓為0.3~0.6MPa。
4.根據權利要求1所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述原料油包括:減壓渣油、常壓渣油、重質原油、脫油浙青、渣油加氫重油、熱裂化重油、潤滑油精制的抽出油、催化裂化的循環油和澄清油、乙烯裂解的焦油、煉廠污油、城市污油、煤焦油、頁巖油、油砂重油、天然浙青等的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求1所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述貧氧空氣包括空氣、氧氣、氮氣、延遲焦化干氣、延遲焦化富氣、延遲焦化液化氣等一種或兩種以上的混合氣。
6.根據權利要求1所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述有效量的貧氧空氣，是指貧氧空氣與爐后熱渣油按1%-12% (Wt)的比例混合。
7.根據權利要求6所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述貧氧空氣與爐后熱渣油的比例為2% -6% (Wt)0
8.根據權利要求1所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述貧氧空氣是普通空氣與氮氣按20%-100% (Wt)比例混合的氣體。
9.根據權利要求8所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述空氣與氮氣的混合比率為 40% -80% (Wt)。
10.根據權利要求1所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:所述貧氧空氣混合器整體為上下不同徑的圓筒形狀并用圓錐形狀連接、下部與轉油管線同徑；貧氧空氣混合器的下端與延遲焦化的轉油線 相連。
11.根據權利要求10所述的一種延遲焦化方法，其特征在于:爐后熱物流從所述貧氧空氣混合器下部筒體的側面沿混合器壁垂直方向進入貧氧空氣混合器內；貧氧空氣從貧氧空氣混合器上部筒體的側面進入，經貧氧空氣分布器形成筒體橫截面分布均勻的向下流動氣流。
【文檔編號】C10G55/04GK103805226SQ201210449268
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月2日 優先權日:2012年11月2日
【發明者】陳小民, 李和杰, 黃新龍, 秦如意, 徐江華, 方長生, 王洪彬, 劉淑芳 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化洛陽工程有限公司