CN102344825B - 一种连续延迟焦化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种连续延迟焦化装置及方法。延迟焦化反应器反应生成的油气连续由反应器顶部流出进入分馏塔，反应生成的焦炭在反应器内经蒸汽汽提并停留6-18小时后连续由反应器底部流出至焦炭急冷塔或直接用于气化原料；高温焦炭进入装有水的急冷塔，焦炭被冷却并和冷却水一同进入脱水罐或离心分离机，脱水后的焦炭用皮带运输到料仓，急冷塔中吸热汽化的水蒸汽自压去换热或冷凝冷却，冷凝水循环利用。本发明提高装置的处理能力和液体产品收率，提高了对劣质原料的适应能力、降低了装置的能耗和投资、减少了占地面积和了环境污染、延长了设备和管道的使用寿命、并避免因传统延迟焦化装置生产弹丸焦而引起焦炭塔晃动等的安全隐患，对原料适应性更强。

Description

一种连续延迟焦化装置及方法

技术领域

本发明涉及石油化工行业中用于重质油轻质化的一种装置及方法，更具体的涉及炼油厂减压渣油、常压渣油和减粘渣油等劣质重油通过给热裂化的手段生产轻质油品的一种延迟焦化装置及方法。

背景技术

目前国内外的延迟焦化工艺主要由加热部分、生焦部分、除焦部分和分馏部分组成。其主要设备有：焦化加热炉、焦炭塔、放空塔、高压水泵、焦炭池、冷切焦水罐和分馏塔等。常规延迟焦化工艺加热、生焦、除焦和分馏部分流程见图1。

如图1所示，常规延迟焦化工艺流程，焦化原料油1进入焦化加热炉a加热炉到500℃左右，通过四通阀1切换到焦炭塔b中的一个进行裂化和缩合反应，产生的高温油气10进入分馏塔c，在分馏塔c中分馏出气体2、石脑油3、柴油4、蜡油5和循环油6。待该焦炭塔b中的一个焦炭料位达到一定的高度后，通过四通阀1把进料切换到另一个焦炭塔b中进行裂化和缩合反应，产生的高温油气10通过塔顶高温油气阀门切换进入分馏塔c进行产品分离。装满高温焦炭的焦炭塔b首先进行小量吹蒸汽14，把油气吹至分馏塔c；然后进行大量吹蒸汽14和给冷焦水13，产生的油汽16至放空塔d，在放空塔d通过经水冷却器k冷却的污油8进行冷却吸收，塔顶油汽16再经过空冷器j冷凝冷却进入分液罐e，在此分离出污油8、污水9和低压瓦斯11，低压瓦斯11去瓦斯管网，污油8和放空塔d底污油一起经水箱冷却器i冷却后送出装置，污水9去污水汽提装置；焦炭7冷却到100℃左右后，排放焦炭塔b内的水至焦炭池h，在焦炭池h中通过沉降使焦炭7和冷焦水13得到分离，焦炭7通过火车、汽车或皮带送出装置，冷焦水13提升至冷切焦水罐g，冷焦水13循环利用；切焦水12由高压水泵自冷切焦水罐g抽出至焦炭塔b进行切焦，被切除的焦炭7和切焦水12一起流入焦池h，在焦炭池h中通过沉降使焦炭7和切焦水12得到分离，切焦水12提升至冷切焦水罐g，切焦水12循环利用，根据冷切焦水罐g的液位自动补充新鲜水15；焦炭塔b在切换进料前需要预热，高温油气10由生焦塔引入待生焦塔，加热焦炭塔后的油汽16和冷凝的污油8进入污油罐f进行气液分离，油汽16去分馏塔c，污油8经水箱冷却器i冷却后送出装置。

延迟焦化是采用加热炉将重质原料油加热到反应温度，并在高流速、短停留时间的条件下，使原料基本不发生或只发生少量裂化反应就迅速离开加热炉而进入其后绝热的焦炭塔内，在塔内适宜的温度、压力和停留时间下，并借助自身的热量发生裂化和生焦缩合反应的工艺过程。延迟焦化工艺流程通常采用一个加热炉对应两个焦炭塔，加热炉连续进料，两个焦炭塔并联间歇切换操作，一个在生焦，另一个则在除焦，通过塔底四通阀来回切换，一般18-24小时切换一次。

渣油在焦炭塔内发生裂解和缩合反应，生成气体和焦炭，焦炭停留在塔内，高温油气经大油气管线进入分馏塔。在分馏塔通过气液传热传质分离出气体、石脑油、柴油、蜡油和循环油。循环油至分馏塔底和渣油混合去加热炉，气体及石脑油经增压去气体处理部分生产干气、液化气和稳定汽油，柴油和蜡油经换热和冷却后送至下游装置或罐区。

当一个焦炭塔内的焦炭达到一定的高度后，需要把进料切换到另一个焦炭塔，这个焦炭塔需要冷焦和切焦操作。通常采用小吹汽、大吹汽、小给水、大给水的冷焦方式，小吹汽是把油气吹到分馏塔，大吹汽和小给水时产生的油气和蒸汽到放空塔，在放空塔通过油吸收和冷凝冷却回收污油和水。大给水时塔顶的溢流水和冷焦结束塔底排放的水进到冷焦水处理部分，在这里通过沉降、过滤、除油和冷却处理达到冷焦水能够回用的要求。

待焦炭塔内的水排放完之后，打开塔顶、底法兰盖，采用高压水进行除焦，除焦时用切焦器先自上而下钻一个孔，然后再自上而下逐层切焦，焦炭和切焦水流到焦炭池并在焦池内分离，切焦水经过沉淀、过滤去除焦粉后送入切焦水储罐，切焦时由高压水泵抽切焦水储罐的水经切焦控制阀、高压胶管、钻杆、水力马达等到切焦器。焦池内的焦炭由抓斗吊车装到火车、汽车或皮带运输机上送出装置。

切完焦后封闭塔顶、底法兰盖，采用蒸汽进行驱赶塔内空气和密封性试验，然后引正在生焦塔的高温油气对该塔进行预热，油气自上而下通过焦炭塔进入甩油罐，甩油罐分离出的气体进入分馏塔，凝缩油用泵抽送到分馏塔或经冷却后送出装置。

CN10163858A公开了一种延迟焦化方法：(1)将温度为480℃-515℃物料从焦炭塔的上部进入焦炭塔，在塔顶压力0.103MPa(g)-0.3MPa(g)条件下进行焦化反应2hr-16hr；(2)焦炭塔放置Omin-4hr或经20min-120min汽提，从塔上部吹入惰性气体维持塔顶的压力为0.2MPa(g)-0.6MPa(g)，焦炭从塔底部卸出，该方法缩短除焦时间，延长焦炭塔的使用寿命。

但是，该延迟焦化方法只是取消了焦炭的冷却和切焦过程，可以缩短除焦时间，但是仍然是采用两个焦炭塔切换进料，焦炭间歇切换用惰性气体挤压出料，没有实现进料和出料的连续进行。现有延迟焦化装置的操作波动、频繁切换、安全隐患没有避免。和本发明的连续延迟焦化工艺方法的一个连续进料反应器、进料和出料连续进行、采用急冷塔冷却焦炭、急冷塔中吸热汽化的水蒸汽自压去换热或冷凝冷却，冷凝水循环利用完全不同。

综上所述，现有延迟焦化技术存在如下问题：

其一，两个焦炭塔来回频繁切换导致进料量的不稳定；在焦炭塔的进料初期和末期，由于塔体的温度不同会导致热裂化反应的深度不同，进而影响到产品的分布。

其二，在焦炭塔小吹汽时，该蒸汽和被吹出的油气一起进入分馏塔，会增加分馏塔的气相负荷；在预热待进料的焦炭塔时，生焦塔产生的油气需要部分引入待进料的焦炭塔，会降低分馏塔的气相负荷；以上均会导致分馏塔操作的波动，影响产品质量。

其三，每个焦炭塔切换进料的周期为36-48小时，在这段时间内，焦炭塔的温度从常温升高到480℃左右，再从480℃左右降低到常温，一是使焦炭塔成为疲劳设备，影响其使用寿命，增加设计和制造难度，二是焦炭塔体的冷热膨胀，使附塔管线和仪表的安装都必须考虑较大的热膨胀补偿量。

其四，在一个焦炭塔装满焦炭并且进料切换到另一个塔后，这个焦炭塔需要吹汽、给水、放水、开盖、切焦、关盖、试压和预热等操作过程，并且每个生焦周期都要进行一次，一是操作复杂和频繁，易发生安全事故；二是消耗的水、蒸汽和电都比较多，增加装置的能耗约20％；三是受每一步骤的时间和能力限制，使焦炭塔的切换周期不能太短，这就大大影响了焦炭塔的处理能力。

其五，在冷焦和切焦过程中产生的含焦粉、含硫化物和含污油的污水，排放到焦池或水罐，对环境造成影响；焦炭储存在露天焦池也会造成环境污染。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种无需两塔频繁切换而采用单个反应器连续进料进行裂化反应的延迟焦化装置及方法。

本发明之一的连续延迟焦化装置，包括加热炉、延迟焦化反应单元和分馏塔，其特征在于：

所述的延迟焦化反应单元包括焦化反应器、焦炭急冷器和脱水罐，其中，

所述的焦化反应器的下部与提供气提蒸汽的蒸汽管线连接，其中部与提供焦化反应原料的加热炉出口的油气管线连接，其顶部出口的高温油气管线连接所述的分馏塔的入口；其底部出口的焦炭管线连接所述的焦炭急冷器中部的入口或直接连接用于气化原料的管线；

所述的焦炭急冷器的中部连接自来水或者冷焦水管线，其底部出口管线通过脱水罐或离心分离机连接焦炭出口运输皮带，其顶部出口的油气管线依次通过空冷器、分液罐，分别连接分液罐的低压瓦斯出口、污油出口、冷焦水出口。

在具体实施中，

所述的连续延迟焦化装置包括储水罐；

所述的储水罐底部通过空冷器，分别连接急冷塔的中部的冷焦水管线入口、焦炭急冷器底部出口与脱水罐上部碳水混合物入口连接的管线；

所述的储水罐上部分别连接脱水罐底部的冷焦水出口管线和脱水罐顶部经空冷器后的冷焦水管线。

所述的焦化反应器内设有高温进料的雾化喷嘴，所述的雾化喷嘴的喷嘴出口朝下。

所述的急冷塔为脉冲式急冷塔；

所述的急冷塔内设有喷射式树枝成型分布器

本发明之二的连续延迟焦化方法，其特征在于所述的方法是连续的，包括如下步骤：

①原料经加热炉加热到焦化反应温度后连续自焦化反应器中部进入焦化反应器，经延迟焦化气液两相反应并经过焦化反应器上部的沉降后，生成的油气连续由反应器顶部流出进入分馏塔；

②焦化反应器反应生成的高温焦炭在焦化反应器内经蒸汽汽提后连续由焦化反应器底部流出，至焦炭急冷塔或直接用于气化原料；

③焦化反应器底部流出的高温焦炭进入装有水的急冷塔后，焦炭被冷却并和冷焦水一同进入脱水罐，脱水后的焦炭用皮带运输到料仓；

④急冷塔中吸热汽化的水蒸汽自压去换热或冷凝冷却，冷凝水作为冷焦水循环利用。

另外，在具体实施中，

所述焦化反应器热裂化反应生成的油气连续由顶部流出至分馏塔，在分馏塔分馏出气体、石脑油、柴油、蜡油和循环油。

所述的焦化反应器反应生成的高温焦炭在焦化反应器内蒸汽汽提的停留时间为6～18小时。

所述的焦化反应器底部通有高温气提蒸汽，使缩合反应生成的高温液体焦炭悬浮并维持料位在进料口以下和所述的停留时间后，高温液体焦炭通过自压和抽吸的方法使高温焦炭流出，加压后连续送至焦炭急冷塔。

高温液体焦炭通过脉冲式抽吸加压泵从急冷塔内中部进入急冷塔，在急冷塔中高温液体焦炭冷却成型的固体焦炭沉降到底部，和冷却水一同自压或由提升泵送至焦炭脱水罐；

同时，冷却水被大量汽化产生的蒸汽通过与急冷塔顶部出口连接的空气冷却器冷凝冷却成液体水，冷凝水经过分液罐脱出气体和夹带的污油后再返回到急冷塔作为冷焦水利用；不凝气去火炬或瓦斯回收系统；污油可在装置内回炼。

所述的焦炭脱水罐为两个或两个以上，间歇操作；焦炭在脱水罐内静止沉降，通过滤网使水和焦炭得到分离，分离的水再经过过滤和冷却后和罐顶蒸发冷凝水一起返回急冷塔利用；经焦炭脱水罐或离心分离机脱水后的焦炭自流卸料到料斗，通过皮带运输机送到焦炭料仓或直接送装火车、汽车或轮船。

更具体的说明：

上述的高温进料在焦化反应器内设计有雾化喷嘴，该喷嘴适应高温气液两相并具有防止结焦功能，喷嘴使高温进料雾化向下喷洒，使热裂化反应由常规延迟焦化的液相反应变为气液两相反应。

焦化反应器底部通的高温蒸汽使缩合反应生成的高温液体焦炭悬浮，并提高裂化反应速度和降低焦炭的挥发分；高温液体焦炭在反应器内维持一定的料位和停留时间，通过自压和抽吸的方法使高温焦炭流出，加压后连续送至焦炭急冷塔。

高温液体焦炭通过特殊加压设备被送至装有冷却水的急冷塔内为脉冲式，急冷塔内设计有成型分布器，使焦炭批量落入水中被冷却后成固体颗粒状，高温液体焦炭自急冷塔中部进入，冷却成型的固体焦炭沉降到底部，和冷却水一同自压或由提升泵送至焦炭脱水罐。

高温液体焦炭在焦炭急冷塔内被连续冷却，冷却水被大量汽化产生的蒸汽通过空气冷却器冷凝冷却成液体水，该过程也是连续进行的，冷凝水进行脱出气体和夹带的污油后再返回到急冷塔利用，减少水的消耗。不凝气去火炬或瓦斯回收系统，污油可在装置内回炼。

焦炭和冷却水一同自压或由提升泵送至焦炭脱水罐，焦炭脱水罐为两个或两个以上，间歇操作，根据焦炭产量和脱水时间确定脱水罐的数量和大小。焦炭在脱水罐内静止沉降，通过滤网水和焦炭得到分离，分离的水再经过过滤和冷却后和罐顶蒸发冷凝水一起返回急冷塔利用。

焦炭脱水罐内脱水后的焦炭可以自流卸料到料斗，通过皮带运输机送到焦炭料仓或直接送装火车、汽车和轮船等。

本发明的连续延迟焦化工艺方法具有以下突出的效果：

一是由两塔切换间断进料操作改为一个反应器连续进料操作，不但减少了高温阀门的频繁开关次数，降低了劳动强度，平稳了装置的操作，而且提高了操作的安全性，避免了安全事故的发生。

二是缩短了焦炭在反应器内的停留时间、提高了反应深度和速度、取消了冷焦，不但提高装置的处理能力和液体产品收率，而且提高了对劣质原料的适应能力。

三是取消了吹汽、给水、放水、开盖、切焦、关盖、试压和预热等操作过程，不但简化了操作，而且降低了装置的能耗和投资。

四是焦炭由间断切焦露天焦池储存改为连续出料密闭输送和储存，不但减少了占地面积，而且减少了环境污染。

五是避免了反应器或焦炭塔及管道的高温、变温疲劳操作，减少了热膨胀应力，防止了振动，延长了设备和管道的使用寿命。

六是可实现延迟焦化装置低循环比，甚至零循环比操作，增加焦化装置液体收率，提高装置经济效益。并避免因传统延迟焦化装置生产弹丸焦而引起焦炭塔晃动等的安全隐患，对原料的适应性更强。

附图说明

图1是现有技术中常规延迟焦化工艺流程示意图；

图2是本发明的一种连续延迟焦化工艺流程示意图。

图1中：

设备：a加热炉；b焦炭塔；c分馏塔；d放空塔；e分液罐；f污油罐；g冷切焦水罐；h焦炭池；I水箱冷却器；j空冷器；k水冷却器；l四通阀。

物流：1焦化原料油；2气体；3石脑油；4柴油；5蜡油；6循环油；7焦炭；8污油；9污水；10高温油气；11低压瓦斯；12切焦水；13冷焦水；14蒸汽；15新鲜水；16油汽。

图2中：

设备：a加热炉；c分馏塔；e分液罐；j空冷器；m焦化反应器；n焦炭急冷塔；o焦炭脱水罐；p储水罐。

物流：1焦化原料油；2气体；3石脑油；4柴油；5蜡油；6循环油；7焦炭；8污油；10高温油气；11低压瓦斯；13冷焦水；14蒸汽；15新鲜水；16油汽，17焦炭和水混合物。

具体实施方式

下面进一步结合附图对本发明做进一步详细的叙述。

如图2所示，这种连续延迟焦化工艺流程，焦化原料油1进入焦化加热炉a加热炉到500℃左右，连续进入焦化反应器m中进行裂化和缩合反应，产生的高温油气10进入分馏塔c，在分馏塔c中分馏出气体2、石脑油3、柴油4、蜡油5和循环油6。产生的焦炭7在焦化反应器m下部停留一定的时间并经过蒸汽14汽提后抽出打入装有冷焦水13的焦炭急冷塔n，在焦炭急冷塔n内焦炭7被冷却成型为固体。水部分汽化并和从焦炭中蒸出的油气一起自急冷塔n顶部进入空冷器冷凝冷却，冷却后进入分液罐e进行分离，分出的低压瓦斯11进入瓦斯管网，污油8去污油回收系统，冷凝水经处理后作为冷焦水13返回焦炭急冷塔n循环利用。急冷塔n底部的焦炭和水混合物17一起输送到焦炭脱水罐o，输送过程中用冷焦水13混对冷却，根据焦炭急冷塔n的液位自动补充新鲜水15。焦炭脱水罐o可设置两个或两个以上，根据焦炭的产量和运输能力确定。脱水后的焦炭7可用皮带运输机输送出装置，脱除的水流到储水罐p，储水罐p的水经过空冷器j冷却后作为冷焦水13循环使用。焦炭脱水罐o顶部闪蒸的少量蒸汽14经过空冷器j冷却后进入储水罐p。

Claims (10)

1.一种连续延迟焦化装置，包括加热炉、延迟焦化反应单元和分馏塔，其特征在于：

该装置无需两塔频繁切换而采用单个反应器连续进料进行裂化反应，所述的延迟焦化反应单元包括焦化反应器、焦炭急冷器和脱水罐，其中，

所述的焦化反应器的下部与提供气提蒸汽的蒸汽管线连接，其中部与提供焦化反应原料的加热炉出口的油气管线连接，其顶部出口的高温油气管线连接所述的分馏塔的入口；其底部出口的焦炭管线连接所述的焦炭急冷器中部的入口或直接连接用于气化原料的管线；

所述的焦炭急冷器的中部连接自来水或者冷焦水管线，其底部出口管线通过脱水罐或离心分离机连接焦炭出口运输皮带，其顶部出口的油气管线依次通过空冷器、分液罐，分别连接分液罐的低压瓦斯出口、污油出口、冷焦水出口。

2.如权利要求1的连续延迟焦化装置，其特征在于：

所述的连续延迟焦化装置包括储水罐；

所述的储水罐底部通过空冷器，分别连接急冷塔的中部的冷焦水管线入口、焦炭急冷器底部出口与脱水罐上部碳水混合物入口连接的管线；

所述的储水罐上部分别连接脱水罐底部的冷焦水出口管线和脱水罐顶部经空冷器后的冷焦水管线。

3.如权利要求1或2的连续延迟焦化装置，其特征在于：

所述的焦化反应器内设有高温进料的雾化喷嘴，所述的雾化喷嘴的喷嘴出口朝下。

4.如权利要求1或2的连续延迟焦化装置，其特征在于：

所述的急冷塔为脉冲式急冷塔；

所述的急冷塔内设有喷射式树枝成型分布器。

5.如权利要求1～4之一的焦化装置的连续延迟焦化方法，其特征在于所述的方法是连续的，包括如下步骤：

①原料经加热炉加热到焦化反应温度后连续自焦化反应器中部进入焦化反应器，经延迟焦化气液两相热裂化反应并经过焦化反应器上部的沉降后，生成的油气连续由反应器顶部流出进入分馏塔；

②焦化反应器反应生成的高温焦炭在焦化反应器内经蒸汽汽提后连续由焦化反应器底部流出，至焦炭急冷塔或直接用于气化原料；

③焦化反应器底部流出的高温焦炭进入装有水的急冷塔后，焦炭被冷却并和冷焦水一同进入脱水罐，脱水后的焦炭用皮带运输到料仓；

④急冷塔中吸热汽化的水蒸汽自压去换热或冷凝冷却，冷凝水作为冷焦水循环利用。

6.如权利要求5所述的连续延迟焦化工艺方法，其特征在于：

所述焦化反应器热裂化反应生成的油气连续由顶部流出至分馏塔，在分馏塔分馏出气体、石脑油、柴油、蜡油和循环油。

7.如权利要求5所述的连续延迟焦化工艺方法，其特征在于：

所述的焦化反应器反应生成的高温焦炭在焦化反应器内蒸汽汽提的停留时间为6～18小时。

8.如权利要求7所述的连续延迟焦化工艺方法，其特征在于：

所述的焦化反应器底部通有高温气提蒸汽，使缩合反应生成的高温液体焦炭悬浮并维持料位在进料口以下和所述的停留时间后，高温液体焦炭通过自压和抽吸的方法使高温焦炭流出，加压后连续送至焦炭急冷塔。

9.如权利要求5所述的连续延迟焦化工艺方法，其特征在于：

高温液体焦炭通过脉冲式抽吸加压泵从急冷塔内中部进入急冷塔，在急冷塔中高温液体焦炭冷却成型的固体焦炭沉降到底部，和冷却水一同自压或由提升泵送至焦炭脱水罐；

同时，冷却水被大量汽化产生的蒸汽通过与急冷塔顶部出口连接的空气冷却器冷凝冷却成液体水，冷凝水经过分液罐脱出气体和夹带的污油后再返回到急冷塔作为冷焦水利用；不凝气去火炬或瓦斯回收系统；污油可在装置内回炼。

10.根据权利要求5所述的连续延迟焦化工艺方法，其特征在于：

所述的焦炭脱水罐为两个或两个以上，间歇操作；焦炭在脱水罐内静止沉降，通过滤网使水和焦炭得到分离，分离的水再经过过滤和冷却后和罐顶蒸发冷凝水一起返回急冷塔利用；经焦炭脱水罐或离心分离机脱水后的焦炭自流卸料到料斗，通过皮带运输机送到焦炭料仓或直接送装火车、汽车或轮船。

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