CN103087769A - 一种延迟焦化方法 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服现有技术轻油收率、泡沫层高、焦炭收率高的缺点，公开了一种延迟焦化方法，其特征在于：混合原料进入加热炉加热，经加热的热物流进入一级水力旋流器，分成气相(1)与混合液相(1)，气相(1)经急冷后进入分馏塔，混合液相(1)注入高温水蒸汽后进入二级水力旋流器，二级水力旋流器将混合液相(1)分成气相(2)与混合液相(2)，气相(2)进入分馏塔，混合液相(2)注入高温水蒸汽后进入焦炭塔，焦炭由焦炭塔底部排出，反应油气进分馏塔。

Description

一种延迟焦化方法

技术领域

本发明涉及碳化或焦化工艺过程，特别涉及一种延迟焦化方法。

背景技术

重质原油的加工主要以脱炭工艺为主，而延迟焦化工艺具有原料适应性强、工艺流程简单、技术相对成熟、装置投资低等优点，已成为重油深度加工的重要手段之一。传统的延迟焦化工艺主要流程是：来自加热炉的高温热物流通过转油线从焦炭塔的底部进入焦炭塔，在焦炭塔中进行焦化反应。反应生成油气从塔顶逸出后至焦化分馏塔进行分馏，主要分馏成焦化气体、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油、焦化重蜡油和塔底循环油。一般焦炭塔设为两个，其中一个充焦完成后进入除焦过程，进塔的热物流切换至另一个焦炭塔继续进行焦化反应。焦炭塔内生成的焦炭为整块状，主要分为经济价值较高的针状焦、一般的海绵焦和较差的弹丸焦、过渡焦。除焦过程主要包括降低塔内焦炭温度的小吹汽、大吹汽、冷焦、排水、拆卸焦炭塔的顶盖和底盖、钻孔和切焦，然后再上顶盖和底盖、暖塔、备用。

炉后高温热物流进入焦炭塔在焦炭层顶部形成较高的油相泡沫层和气相泡沫层，热物流主要在此发生焦化反应。在泡沫层，轻组分随气流上升经塔顶的大油气管线离开焦炭塔；重组分包括焦化反应生成的焦炭受重力的作用逐渐下降，至焦炭层的顶部经进一步缩合形成新的焦炭层。为避免上升的气流携带泡沫，导致泡沫所含的重组分或焦炭粉末在大油气管线内结焦堵塞管线，焦炭塔的设计往往采用较低的气体流速，一般工业焦炭塔气体线速设计为0.15m/s左右，而且焦炭塔上部还需留有足够的空间给泡沫层，这无疑增加了馏分油在高温焦炭塔内的停留时间，导致其二次裂解，从而减少延迟焦化的轻油收率。

因此，人们希望能够在常规延迟焦化基础上降低泡沫层的高度，进一步提高轻油收率，亦既减小生成焦炭的H/C比，降低焦炭的收率，同时希望在焦碳塔内生成的焦炭能以颗粒、蓬松状存在，以节省从焦炭塔排除全部焦炭所需的相关费用和时间。

为此，已开发出了一些新的延迟焦化方法以解决上述问题，例如现在工业上已普遍采用延迟焦化装置加入消泡剂的方法解决油气泡沫夹带的问题。

中国专利CN101045880A公开了一种抑制延迟焦化反应塔泡沫生成的添加剂及其制备方法。该方法涉及一种炼油添加剂的制备技术，针对市售含硅的消泡剂对下游加氢精制带来危害，公开了一种非硅的聚醚复合型消泡剂。

中国专利CN1487056A公开了一种提高延迟焦化过程中液体收率的方法。该方法是在焦化过程中加入一种低沸点的蒸发剂，以缩短馏分油在焦化塔内的停留时间，减少二次裂解和烃类分子进一步缩合生成焦炭的机会。蒸发剂可以是焦化汽油、气体烃类等组分，通过注入到焦化炉前或炉后的原料中达到提高液体收率的目的。此工艺显然加大了焦炭塔顶的气相流速，增加了泡沫夹带的可能性，对平稳生产不利。

美国专利USP6936230B2公开了一种用于原油蒸馏或催化裂化生成油分馏的工艺系统。该系统利用水力旋流器的分离原理，分别对原油与水、油与催化剂的混合物进行分离。同时通过加热炉对宽馏分油原料油加热，加热至所需窄馏分油的沸点以上温度后，混合热流通过水力旋流器分离成气相与液相，气相再经旋流冷却器冷凝成液相，从而得到所需窄馏分油的产品。此专利没有涉及利用水力旋流器对延迟焦化炉后热物流的分离。

中国专利CN1954050A公开了一种延迟焦化方法，从减压渣油的深拔馏分中生产基本上自由流动的焦炭，使用的原料油为高沸点减压渣油。在延迟焦化过程中使用这种高沸点渣油进料有利于形成颗粒状焦，而不是海绵焦或过渡焦；适当加大焦化循环比可以降低重质进料淤塞加热炉炉管的可能性。该方法的工艺过程较为复杂；渣油首先要经过深拔，然后塔底高沸点渣油再去焦化装置进行延迟焦化。为防止加热炉炉管快速结焦，需要较大的延迟焦化循环比。此外，为得到理想的焦炭塔内能自由流动的焦炭，焦化进料还需添加一定的含金属或不含金属的添加剂；这显然增加了操作成本和工序，而且提高了焦炭产品的杂质含量。

发明内容

本发明提供一种延迟焦化方法，以提高现有延迟焦化的轻油收率、减小泡沫层高度、降低焦炭的收率，亦既生成较低H/C比的焦炭、在焦炭塔内生成颗粒、蓬松状焦炭，以解决现有延迟焦化使用消泡剂、增液剂、各种轻组分提高轻油收率等方法，以及用各种添加剂促进生成颗粒状焦炭的方法。

本发明一种延迟焦化方法，其特征在于：混合原料进入加热炉加热，经加热的热物流进入一级水力旋流器，分成气相1与第一混合液相，第一气相经急冷后进入分馏塔，第一混合液相注入高温水蒸汽后进入二级水力旋流器，二级水力旋流器将第一混合液相分成第二气相与第二混合液相，第二气相进入分馏塔，第二混合液相注入高温水蒸汽后进入焦炭塔，焦炭由焦炭塔底部排出，反应油气进分馏塔。

所述的混合原料加热炉加热温度为480～520℃。

所述的延迟焦化方法，第二混合液相注入高温水蒸汽后进入焦炭塔，焦化塔塔顶的表压为0.103～1.0Mpa，优选0.103～0.25Mpa，充焦时间为3～48hr，优选6～20hr，反应生成油气分馏塔进行分馏。

所述的一级和二级水力旋流器热物流入口压力为0.1～0.8MPa，热物流的温度480～520℃，热物流入口的流速10～20m/s，热物流在水力旋流器的停留时间≤5.0s，注入的高温水蒸汽的温度为460～500℃，注入量1～3重量％，优选2重量％，以高温水蒸汽与混合原料总重量计。

所述的原料油11至少为减压渣油、常压渣油、重质原油、脱油沥青、渣油加氢重油、热裂化重油、润滑油精制的抽出油、催化裂化的循环油和澄清油、乙烯裂解的焦油、炼厂污油、城市污油、煤焦油、页岩油、油砂重油、天然沥青的一种。

与现有技术相比：本发明一种延迟焦化方法，具有以下优势：

1 降低焦炭塔的泡沫层高度。

由于进入焦化塔的进料经过一级水力旋流器和二级水力旋流器，在水力旋流器内部分发生裂解与缩合反应的同时分成气相与混合液相，气相经急冷后不经焦炭塔直接进入分馏塔，大幅减少焦炭塔内的气体流量，从而降低焦炭塔的泡沫层高度。

2 提高轻油收率

原因在于本发明一种延迟焦化方法，

a)大部分馏分油不经焦炭塔急冷后直接进入分馏塔，减少其高温停留时间、避免其二次裂解；

b)这部分馏分油不通过焦炭层、泡沫层，也就没有参与缩合反应生成焦炭的可能性；

c)在水力旋流器内混合液相受强烈离心力的作用，使初生焦炭颗粒破碎，露出新鲜表面进一步释放可挥发性组分。

3 降低操作费用

本发明一种延迟焦化方法不使用任何添加剂，节省了操作成本和工序，且避免了因使用添加剂所造成的其它相关问题。

4 工艺简单

本发明可以使用一般的延迟焦化原料油，无需进行预处理，使工艺过程较为简单，不需要较大的延迟焦化循环比以防止加热炉炉管快速结焦。

5 减少焦炭塔高度

焦炭塔内的气相组分较常规的延迟焦化焦炭塔大幅减少，与现有技术相比，在相近似的原料、处理量、加热炉出口温度、焦炭塔塔顶压力以及循环比的条件下，使用本发明可以减小焦炭塔的体积、降低焦炭塔的高度。

6 易于除焦

由于大部分馏分油不通过焦炭塔，也就不参与初生焦炭颗粒间的缩合反应，加之初生焦炭颗粒在水力旋流器内受强烈离心力的作用下破碎，使之进入焦炭塔后基本以颗粒状焦炭存在，因此本发明可以保持现有可在焦炭塔内生成实质可自由流动焦炭的延迟焦化方法所具有的优点，例如焦炭塔易于除焦、除焦时间较短等。

本发明方案主要用于石油炼制领域的可减少泡沫层高度、增加轻油收率并在焦炭塔内生成颗粒状焦炭的延迟焦化工艺，易于实现工业化。

下面结合附图、具体实施方式和实施例对本发明做进一步详细的说明。附图、具体实施方式和实施例并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明延迟焦化方法的工艺流程图。

图2是本发明水力旋流器的结构示意图。

其中：

1.加热炉，2.一级水力旋流器，3.二级水力旋流器，4.焦炭塔，5.分馏塔，6.原料油泵，7.焦炭，8.第二混合液相，9.第一混合液相，10.转油线，11.新鲜原料，12.进入分馏塔的新鲜原料，13.循环油，14.大油管线，15.延迟焦化气体，16～19延迟焦化产品，21～23.急冷油，32、33.高温水蒸汽，41.水力旋流器筒体，42.水力旋流器锥体，43.水力旋流器底流管，44.水力旋流器形溢流管，45、46.热物流入口管，47.急冷油入口，50～53.高温水蒸汽注入管。

具体实施方式

参见图1，本发明一种延迟焦化方法，用于减少泡沫层高度、增加轻油收率并在焦炭塔内生成颗粒状焦炭，包括如下步骤：

原料油11和循环油13混合后由原料油泵6进入加热炉1加热成热物流，热物流经转油线10进入一级水力旋流器2。

原料油11和循环油13通常是在加热炉1内加热到480～520℃，该温度也称为加热炉1的出口温度。加热炉1内的防结焦水蒸汽31，也随上述的热物流进入一级水力旋流器2的入口。

在一级水力旋流器2内，热物流受强烈离心力的作用分离成第一气相和混合液相1。气相1从位于顶部的溢流管离开一级水力旋流器2，经急冷油21降温后并入大油气管线14；第一混合液相9从一级水力旋流器2底部的底流管离开一级水力旋流器2，第一混合液相锥管42的中部流管、底流管43的中、下部多点注入高温水蒸汽32加速后进入在二级水力旋流器3的入口。

在二级水力旋流器3内，混合液相1受强烈离心力的作用分离成气相2和混合液相2。气相2从位于顶部的溢流管离开二级水力旋流器3，经急冷油22降温后并入大油气管线14；第二混合液相8从位于底部的底流管离开二级水力旋流器3，第二混合液相8经锥管42的中部、底流管中、下部多点注入高温水蒸汽33以防止结焦后，第二混合液相8进入焦炭塔4。

第二混合液相8在焦炭塔内发生焦化反应，生成的颗粒状焦炭7由焦炭塔7底部7排出。反应油气经急冷油23降温后进入大油气管线14，与一级水力旋流器2、二级水力旋流器3分离出的第一、第二气相一起进入焦化分馏塔5进行分馏。

参见图2，本发明一种延迟焦化方法中一级和二级水力旋流器，设有一个圆筒形的水力旋流器筒体41，水力旋流器筒体41的顶部设有与水力旋流器筒体41同轴设置的圆筒形溢流管44。在水力旋流器筒体41的底部设有倒置截头圆锥面形状的水力旋流器锥体42，再下方设有倒置截头圆锥面形状的水力旋流器底流管43。水力旋流器筒体41的底部与水力旋流器锥体42的顶部相连，水力旋流器锥体42的底部与水力旋流器底流管43的顶部相连。在水力旋流器筒体41的上部，沿水力旋流器筒体41的切线方向设有二个彼此对称的热物流入口管45和46，热物流入口管45和46一般开口斜向下设置，与水平方向形成一定的夹角。水力旋流器锥体42的中部、水力旋流器底流管43的中部、下部设有高温水蒸汽注入管51、52、53。

水力旋流器的主要结构参数一般如下：水力旋流器锥体42的底部与水力旋流器底流管43的顶部同轴连接处的水平截面内直径D为2～500mm；水力旋流器筒体41的内直径为1.8～2.5D、高度为2.0～4.5D；水力旋流器锥体42的锥角β为30～140度、轴心线与锥体42锥面之间的夹角0.5β；水力旋流器底流管43的顶部内直径为D、底部内直径A为0.2～0.6D、水力旋流器底流管43的锥角α为2～20度、长度为2～20D；水力旋流器流入口管45和46的内直径F为0.2～0.5D、流入口管的轴心线与水平面之间的夹角γ为0～60度、流入口管的垂直上沿与水力旋流器筒体41的顶端距离为0～200mm；水力旋流器溢流管44的内直径为0.05～0.5D、与水力旋流器筒体41的顶端同轴连接并不插入筒体41的内腔；高温水蒸汽注入管51、52、53的内直径为1～50mm，分别安装在水力旋流器锥体42的中部、水力旋流器底流管43的中部、下部距离下端0～200mm的位置。

水力旋流器的优选结构参数如下：水力旋流器锥体42的底部与底流管43的顶部同轴连接处的水平内截面内直径D为5～200mm，筒体41的内直径为2D、高度2.5～3D，溢流管44的内直径0.1～0.4D，锥体42的锥角β为20～90度，底流管的锥角α为3～12度、流出口内径0.5D，水力旋流器总长为6～25D。

本发明水力旋流器的各部件，通常由碳钢或不锈钢的管材或板材制造；管材或板材的厚度，一般为2～20mm。相关部件之间的连接，一般采用焊接。

水力旋流器在操作时，来自加热炉1的热物流10由热物流入口管45和46分为对称的两路，顺着水力旋流器筒体41内壁略带有向下角度的切线方向，顺时针方向高速向下旋转，在流动过程中热物流受强烈离心力的作用分为气相与混合液相。气相从位于顶部的溢流管离开水力旋流器，混合液相从位于底部的底流管离开水力旋流器，为防止锥体、底流管的内部局部结焦以及加速混合液相的流动速度，锥体和底流管分别多点注入高温水蒸气。

所述水力旋流器热物流入口压力为0.1～0.8MPa，热物流的温度480～520℃，热物流入口的流速10～20m/s，热物流在水力旋流器的停留时间≤5.0s，注入的高温水蒸汽的温度为460～500℃，注入量1～3重量％，优选2重量％，以高温水蒸汽与混合原料总重量计。

本发明对现有技术的改进，主要是在于加热炉1与焦炭塔4a或4b间的水力旋流器2和3的设置和使用，以及水力旋流器的结构及操作；还提出了以高温水蒸汽作为水力旋流器的局部防结焦剂和混合液流的加速剂。其余的工艺流程、所使用的设备、操作条件等，与现有可在焦炭塔内生成细小颗粒焦炭的延迟焦化工艺基本相同。本领域的技术人员可以根据原料油性质、目的产品要求、本企业的实际情况等，灵活选择。简要说明如下：

如图1所示，设置两个焦炭塔，循环操作。经过气相分离后的混合热物流首先进入一个焦炭塔进行焦化反应。焦化反应过程中，可挥发性组分与焦炭快速分离，细小颗粒状的焦炭向下沉降。从第一焦炭塔4a的底部向第一焦炭塔4a通入高温水蒸汽，汽提出焦炭中较重的可挥发性烃组分。第一焦炭塔4a的反应生成油气连同水蒸汽，经大油气管线14由焦化分馏塔5的下部进入焦化分馏塔5，在焦化分馏塔5内分馏出焦化气体15、焦化柴油17和焦化蜡油18、焦化重蜡油19。焦化气体15经进一步冷凝，得到延迟焦化干气、焦化液态烃、焦化汽油和水。焦化分馏塔5在操作过程中，可以向塔底通入原料油11。焦化分馏塔5的顶部温度由塔顶冷回流16控制，塔底油包括原料油进塔底那部分由原料油泵6抽出，经与防结焦水蒸汽31混合后进加热炉1。

第一焦炭塔4a充焦结束后，二级水力旋流器3底流管流出的热物流8a，作为8b切换至第二焦炭塔4b进行焦化反应，第一焦炭塔4a开始除焦。从第一焦炭塔4a的底部向第一焦炭塔4a通入高温水蒸汽，对焦炭进行汽提，汽提出焦炭中剩余的可挥发性重烃组分，第一焦炭塔4a内的焦炭90w％以上成为颗粒状焦炭。以上过程称为小吹汽，汽提水蒸汽和汽提出来的可挥发性重烃组分经大油气管线14由焦化分馏塔5的下部进入焦化分馏塔5，汽提出来的可挥发性重烃组分计入产品分布。小吹汽之后，从第一焦炭塔4a的底部向第一焦炭塔4a通入低温水蒸汽降温，再注入4～25℃的冷却水急冷。第一焦炭塔4a的底部法兰卸开后，90w％以上的颗粒状焦炭与水从焦炭塔内排出并回收颗粒状焦炭。

第一焦炭塔4a和第二焦炭塔4b在焦化反应时，塔顶压力一般均为0.1～0.3MPa，充焦时间一般均为3～18hr。第一焦炭塔4a和第二焦炭塔4b的除焦时间一般均为3～8hr。充焦时间加上除焦时间等于生焦周期；充焦时间、除焦时间以及生焦周期，均按单塔计算。

本发明在各处所用的高温水蒸汽，温度一般均为460～500℃。大吹气所用低温水蒸汽的温度一般为120～140℃。

具体实施方式：

下面以具体的实施例来说明本发明，但并不限制本发明的范围。

在延迟焦化中型试验装置上进行4组试验，分别为实施例1～实施例3和对比例。试验装置的流程图参见图1。对比试验与图1所示流程的不同之处是，不设置水力旋流器，热物流由加热炉1流出后直接进入第一焦炭塔4a或第二焦炭塔4b。对比例、实施例1、实施例2和实施例3使用的原料油11均为同一种渣油进料，其性质见表1，进料量均为6kg/h。

试验装置采用常用的延迟焦化中型试验装置加设了水力旋流器。加热炉1为不锈钢管式加热炉，水力旋流器2、水力旋流器3、第一焦炭塔4a、第二焦炭塔4b和焦化分馏塔5均采用不锈钢材料制造。第一焦炭塔4a、第二焦炭塔4b均为圆筒形，容积均为80升。焦化分馏塔5内装填θ环型散装填料，填料床层高度为500mm，直径为50mm。

水力旋流器2、水力旋流器3采用图2所示的水力旋流器。水力旋流器的溢流管44的内直径为3mm，高度10mm。水力旋流器筒体41的内直径为40mm，高度为60mm。水力旋流器锥体42的锥角β为60度，上端内径40mm，下端内径20mm，高度17.3mm。水力旋流器热物流入口管45、46的内直径为4mm，入口管的轴心线与水平面之间的夹角γ为30度。水力旋流器的底流管43的上端内径为20mm，下端内径10mm，高度71.5mm，底流管的锥角α为8度。水力旋流器的总长为158.8mm，各部件采用不锈钢管材或板材制造，管材或板材的厚度为1～2.5mm(其中水力旋流器的筒体41、锥体42和底流管43的厚度均为2.5mm)。

对比例、实施例1、实施例2和实施例3的主要操作条件见表2。所使用的高温水蒸汽的温度均为490℃，低温水蒸汽的温度均为140℃；向第一焦炭塔4a和第二焦炭塔4b注入的冷却水的温度均为20℃。每个试验，第一焦炭塔4a和第二焦炭塔4b各循环操作1次。焦化分馏塔5的塔顶压力(表压)比第一焦炭塔4a和第二焦炭塔4b的塔顶压力低0.03MPa，塔底常压沸点490℃以上的馏分抽出作为加热炉1的进料。

各实施例中，第一焦炭塔4a或第二焦炭塔4b充满颗粒状焦炭后开始除焦，经过小吹汽30min、大吹气40min，将焦炭冷却至140℃左右；再注入冷却水急冷时间30min，至第一焦炭塔4a或第二焦炭塔4b塔内的水完全浸没焦炭层，焦炭被冷却至60℃一下。卸开第一焦炭塔4a或第二焦炭塔4b的底部法兰，90w％以上的颗粒状焦炭与水从焦炭塔内排出。

对比例中，第一焦炭塔4a或第二焦炭塔4b充焦结束后开始除焦。经过小吹汽30min、大吹气40min，将焦炭冷却至140℃左右；再注入冷却水急冷时间30min，至第一焦炭塔4a或第二焦炭塔4b塔内的水完全浸没焦炭层，焦炭被冷却至80℃左右后排水，排完水后卸焦炭塔4a或焦炭塔4b的上下法兰，然后采用常规的水力除焦方法将焦炭除去。

对比例、实施例1、实施例2和实施例3的产品分布见表3。

表1 减压渣油的主要物性

表2.操作条件

表3.产品分布

Claims (8)

1.一种延迟焦化方法，其特征在于：混合原料进入加热炉加热，经加热的热物流进入一级水力旋流器，分成第一气相与第一混合液相，第一气相经急冷后进入分馏塔，第一混合液相注入高温水蒸汽后进入二级水力旋流器，将第一混合液相分成第二气相与第二混合液相，第二气相进入分馏塔，第二混合液相注入高温水蒸汽后进入焦炭塔进行焦化反应，焦炭由焦炭塔底部排出，反应油气进分馏塔。

2.依照权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述的焦化塔塔顶的表压为0.103～1.0Mpa，充焦时间为3～48hr。

3.依照权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述的焦化塔塔顶的表压为0.103～0.25Mpa，充焦时间为6～20hr。

4.依照权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述的水力旋流器热物流入口压力为0.1～0.8MPa，温度480～520℃，流速10～20m/s，在水力旋流器的停留时间0.01～5.0s。

5.依照权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述的水力旋流器热物流入口压力为0.2～0.6MPa，温度4850～510℃，流速12～18m/s，停留时间0.1～5.0s。

6.依照权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述注入的高温水蒸汽的温度为470～500℃，注入量2重量％，以高温水蒸汽与混合原料总重量计。

7.依照权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述注入的高温水蒸汽的温度为460～500℃，注入量1～3重量％，优选2重量％，以高温水蒸汽与混合原料总重量计。

8.依照权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述的原料油至少为减压渣油、常压渣油、重质原油、脱油沥青、渣油加氢重油、热裂化重油、润滑油精制的抽出油、催化裂化的循环油和澄清油、乙烯裂解的焦油、污油、煤焦油、页岩油、油砂重油、天然沥青的一种。

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