CN103805226A - 一种延迟焦化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延迟焦化方法，以实现在不提高或适当降低加热炉出口温度的前提下，提高热物流进入焦炭塔的温度、加大裂解强度、增加轻油收率。本发明方法包括如下步骤所述方法由以下步骤组成：A.原料油与焦化分馏塔塔底循环油混合后进入加热炉，加热后进入贫氧空气混合器与有效量的贫氧空气接触后进入延迟焦化转油线内氧化或燃烧；B.经上述方法处理的高温热流，从焦炭塔底部进入焦炭塔进行焦化反应；C.在充焦循环结束后，进一步汽提可挥发组分。采用本发明，在相同原料、焦化塔塔顶压力，及相近焦化循环比的条件下，可以降低加热炉出口的温度、提高炉后热物流进入焦炭塔的温度，从而加大裂解深度、增加液体产品的收率。

Description

一种延迟焦化方法

技术领域

本发明涉及石油炼制领域的一种延迟焦化方法，尤其是涉及一种生成较低H/C比焦炭的延迟焦化方法。 

背景技术

渣油的加工仍以脱炭工艺为主，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，然后拆卸焦炭塔的顶盖和底盖、钻孔和切焦，再上顶盖和底盖、暖塔、备用。 

目前世界较为先进的延迟焦化技术主要有：Foster Wheeler AG公司的SYDECSM、ConocoPhillips公司的

CB&I公司的Lummus Technology′s的DCU技术，以及中国石化洛阳工程公司的可灵活调节循环比工艺等。 

这些工艺技术均属于传统延迟焦化工艺，其特点是渣油的裂解、焦炭塔、分馏塔所需全部的热能由焦化装置的加热炉提供。为提高渣油的裂解强度，增加馏分油的产率，往往采取增加焦化加热炉的加热强度、改善加热炉管的传热效率等措施，如双辐射阶梯加热炉等，用以提高炉后渣油的温度，但现有技术提 高炉出口温度的幅度有限。 

由于上述方法均属于间接加热即通过炉管将火焰的热量传递给渣油，这样，高温渣油在炉管内的运动形式、停留时间、渣油在此温度下的生焦趋势及炉管注汽量及注汽点的分布等都是制约加热炉平稳运行及炉出口温度的关键因素。 

为此，石油炼制研究者一直做不懈的努力，希望改变渣油的加热方式提高裂解温度，增加渣油延迟焦化的轻油收率。 

其中美国ExxonMobil公司多年来开发的Fluid/Flexicoking流化/灵活焦化就是一种改变渣油加热方式的代表，因其操作难度大、原料适用性低、装置投资大等，一直没有得到普遍应用。 

美国专利公开了多篇有关用德国人Lurgi发明的双螺杆推进器作为渣油进料与高温热载体接触的连续或流化焦化专利，其中较为代表的专利如US7419585，但始终未见在石油基重油或渣油应用的报道，德国Lurgi′AG公司公开了用此技术作为植物质材料的炼油技术。 

发明内容

本发明的目的是提供一种延迟焦化方法，以改变现有技术中渣油的加热方式提高裂解温度，增加渣油延迟焦化的轻油收率。实现在不提高或适当降低加热炉出口温度的前提下，提高热物流进入焦炭塔的温度、加大裂解强度、增加轻油收率、改善产品质量、降低加热炉热负荷、提高装置处理劣质原料的能力并可在焦炭塔内生成较低H/C比焦炭的延迟焦化方法。具体地说，该方法是在常规延迟焦化的加热炉至焦化塔之间设有一贫氧空气混合器并利用常规延迟焦化的转油线，使热物流与贫氧空气混合，发生氧化或燃烧。把炉后高温热物流与氧结合，促进胶质、沥青质等极性物质的氧化或燃烧，放出的热量使热物流的温度进一步提高，从而增加裂解强度、降低加热炉热负荷、提高轻油收率、 改善产品质量并可在焦炭塔内生成较低H/C比焦炭的延迟焦化方法。 

本发明一种延迟焦化方法，其特征在于，所述方法由以下步骤组成： 

A.原料油与焦化分馏塔塔底循环油混合后进入加热炉，加热后进入贫氧空气混合器与有效量的贫氧空气接触后进入延迟焦化转油线内氧化或燃烧； 

B.经上述方法处理的高温热流，从焦炭塔底部进入焦炭塔进行焦化反应； 

C.在充焦循环结束后，进一步汽提可挥发组分。 

本发明一种延迟焦化方法，其进一步技术特征在于：所述方法由以下步骤组成： 

A.原料油与焦化分馏塔塔底循环油混合后进入加热炉的对流室和辐射室中加热到440℃-510℃，优选460℃-490℃后，进入贫氧空气混合器与有效量的贫氧空气接触，增加胶质、沥青质等极性物质的有机结合氧量，然后在常规延迟焦化转油线内氧化或燃烧。在从进入贫氧空气混合器经转油线到焦炭塔的过程中，停留时间为1-60s，优选2-10s；转油线管内的表压为0.2-0.8MPa，优选0.3-0.6MPa。 

B.经上述方法处理的高温热流，按常规延迟焦化的方式，从焦炭塔底部进入焦炭塔进行焦化反应。焦炭塔塔顶表压0-0.3MPa，充焦时间为3-18hr，并在焦炭塔的底部和底部锥形封头之上连续吹入适量的360℃～480℃的高温水蒸气，进一步汽提焦炭塔内的可挥发性组分，逸出焦化塔塔顶的油气至焦化分馏塔分馏，焦化分馏塔底部抽出循环油，部分或全部循环油作为焦化循环油与原料油混合进焦化加热炉。 

C.在充焦循环结束后，焦炭塔内充满了焦炭，经10-30min进一步汽提可挥发组分，焦炭已成为H/C比较低的大块焦炭，通过低温蒸汽降温、焦炭塔内注水急冷、卸顶盖、卸底盖，用水力除焦的形式，将塔内焦炭由塔底连续排 放，并分离出焦炭和水，水循环使用。 

本发明所述原料油包括：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、天然沥青等的一种或几种的混合物。 

本发明所述贫氧空气包括：空气、氧气、氮气、延迟焦化干气、延迟焦化富气、延迟焦化液化气等一种或两种以上的混合气。 

本发明所述有效量的贫氧空气，是指贫氧空气与炉后热渣油按一定比例通入，贫氧空气与炉后热渣油的混合比率1％-12％(Wt)，优选2％-6％(Wt)。 

本发明的实施方案选择的贫氧空气，是普通空气与氮气按一定比例混合的气体。空气与氮气的混合比率20％-100％(Wt)，优选40％-80％(Wt)。 

本发明所述贫氧空气混合器如附图2所示：整体为上下不同径的圆筒形状并用圆锥形状连接、下部与转油管线同径。炉后热物流从所述贫氧空气混合器下部筒体的侧面沿混合器壁垂直方向进入器内；贫氧空气从贫氧空气混合器上部筒体的侧面进入，经分布器与高温热油混合。贫氧空气混合器的下端与常规延迟焦化的转油线相连，热流在管线内氧化或燃烧，促使热物流进入焦炭塔的温度升高。 

采用本发明，具有如下的有益效果： 

1.与现有技术相比，在相同原料、焦化塔塔顶压力，及相近焦化循环比的条件下，使用本发明可以适当降低加热炉出口的温度、提高炉后热物流进入焦炭塔的温度，从而加大裂解深度、增加液体产品的收率。 

2.本发明的方法，是通过物理与化学方法共同作用，提高进塔温度、降低油气分压，促进焦炭塔内生焦前油气的挥发，从而在焦炭塔内生成更低H/C比 的焦炭、减少焦炭的收率。 

3.使用本发明可以明显降低加热炉的出口温度，从而扩大装置处理劣质进料的能力，无需考虑劣质进料对加热炉平稳运行所带来的影响。 

4.本发明使用了贫氧空气，氧的加入可以大幅减少延迟焦化液体产品量中胶质、沥青质等极性物质的含量，从而提高延迟焦化产品的质量。 

附图说明

图1为本发明一种延迟焦化工艺流程示意简图； 

图2为本发明贫氧空气混合器的结构示意简图； 

图3为本发明贫氧空气混合器的贫氧空气分布器的结构示意俯视图； 

图4为本发明贫氧空气混合器的贫氧空气分布器的结构示意主视图。 

图中所示附图标记为：11-加热炉，12-贫氧空气换热器，13-贫氧空气混合器，14-四通阀，15a-第一焦炭塔、15b-第二焦炭塔，16-分馏塔，17-回流罐，18-汽提塔，19-蜡油罐，21-贫氧空气入口，22-蜡油入口，23-蜡油出口，24-贫氧空气入贫氧空气混合器，25-转油线，26-开工线，27a-第一焦炭塔底进料分布器，27b-第二焦炭塔底进料分布器，28-油气管线，29-汽提蒸汽，31-气体，32-汽油，33-柴油，34-蜡油，35-焦炭，36-延迟焦化原料，37-加热炉进料，38-污水，41-炉后热物流入口，42-贫氧空气入口，43-转油线，44-贫氧空气筒体，45-封头，51-热物流和贫氧空气混合区筒体，52-热物流和贫氧空气混合区锥体，53-贫氧空气分布器，54-贫氧空气分布器固定杆。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。本领域工程技术人员可以根据原料的性质、目的产品的要求、本厂的实际情况，灵活选择工艺流程及本发明提供的操作参数。 

如附图1所示，高温贫氧氧化炉后热物流的延迟焦化工艺流程与常规延迟焦 化工艺流程相比较，在加热炉出口到转油线间增加了贫氧空气混合器13及其附属的贫氧空气系统，其它流程不变。 

如附图2所示，炉后热物流41从热物流和贫氧空气混合区筒体51的侧面、上部进入；贫氧空气42从贫氧空气筒体44的侧面、中部进入，经贫氧空气分布器53形成筒体横截面分布均匀的向下流动气流；贫氧空气筒体44的底部与锥体52的顶部(小口端)为相同内直径并用平焊法兰连接，接缝处与贫氧空气分布器53的外边缘同处一个水平面；热物流和贫氧空气混合区锥体52的底部(大口端)与热物流和贫氧空气混合区筒体51顶部为相同内直径并焊接相连，在此贫氧空气与炉后热物流形成混合体并高速向下流动，经相同内直径的转油线43进入四通阀14；通过四通阀14的混合热物流按常规延迟焦化进料的方式进入第一焦炭塔17a或第二焦炭塔17b。 

贫氧空气混合器13的主要结构参数一般如下：常规延迟焦化装置转油线43的内直径D为200～800mm、热物流和贫氧空气混合区筒体51的内直径同为D、炉后热物流入口41内直径为0.2～0.6D、热物流和贫氧空气混合区锥体52与筒体51所形成的内夹角α为120～160度、贫氧空气入口42的内直径为0.05～0.4D、贫氧空气筒体44的内直径为0.2～0.8D、炉后热渣油入口管41顶部距离热物流和贫氧空气混合区筒体51的顶部L4为10～250mm、锥体52的高度L3为0.1～0.4D、贫氧空气筒体44的高度L2为0.2～0.8D、贫氧空气入口42上部距离贫氧空气筒体44的顶部L1为10～100mm、贫氧空气入口42法兰外面与筒体同侧的外壁距离L5为250～450mm、封头45为椭圆型封头。 

贫氧空气分布器53的主要结构参数一般如下：如附图3、附图4所示，气体分布器53为球面结构，也可以做成锥面结构。球面半径R6为贫氧空气分布器53水平面外边缘半径R1的2倍、球面的弧高h为2(sina15°)2R6、球面的厚度δ为5～20mm；球面上通气孔的个数、分布及直径可根据气体流量计算设置，但开孔方向垂直于球面；贫氧空气分布器53水平面外边缘直径2R1小于筒体44的内直径1～2mm以保证方便拆卸并保留一定的间隙使气体通过；固定杆54为直径10～40mm钢棒，需4～8根，其顶端与封头45焊接、下端设有螺 纹并穿过贫氧空气分布器53、并用螺母上下固定贫氧空气分布器53。 

贫氧空气混合器13各部件，通常由耐高温、抗硫腐蚀的Cr9Mo或Cr5Mo钢的材料制造；管材或板材的厚度，一般为5～30mm；封头、平焊法兰为标准件；棒材直径，一般为10～40mm；相关部件之间的连接，一般采用焊接，焊缝平滑无死角。 

本发明所描述的具体实施例贫氧空气换热器12为普通工业管壳式换热器，壳程走贫氧空气、管程走延迟焦化热蜡油。 

本发明中所描述的具体实施例仅仅是用于说明本发明，并非对本发明的限制，只要在本发明的实质精神范围内，本技术领域内的技术人员所描述的具体实施例所做各种各样的修改、补充或其它类似方式的替代，都将落在本发明的权利要求书的范围。 

本发明的一种延迟焦化工艺，如附图1中所示：来自加热炉11辐射段的高温热物流(460℃-490℃)经贫氧空气混合器13与贫氧空气24充分混合后，从贫氧空气混合器13的上部，以湍流的方式向下移动并沿着转油线25向四通阀14快速移动。在此过程中热物流中的胶质、沥青质等极性物质迅速与贫氧空气中的氧结合，发生氧化反应或部分燃烧并放出热量，从而提高热物流的自身温度。为达到上述目的，转油线内压力保持在0.3-0.6MPa，高温热物流的停留时间0-60s。这样的热物流经过四通阀14后从第一焦炭塔17a或第二焦炭塔17b底部的进料分布器27a或27b进入焦炭塔。在焦炭塔内的热物流，进一步裂解分离出的气体、油气随上升的气流经油气管线28离开焦炭塔17a或17b；沉降的重组分经过缩合从焦炭塔塔底逐层沉积，再经过焦炭塔底部吹入的过热蒸汽进一步汽提可挥发性组分，基本形成大块状焦炭。焦炭塔内保持塔顶表压为0.1-0.3MPa的条件维持上述操作。经过油气管线28进入焦化分馏塔6的油气，在塔内分馏成几个馏分：焦化气体31(包括贫氧空气、焦化干气、焦化液 态烃等)、焦化汽油32、焦化柴油33、焦化蜡油34、塔底循环油等。塔底循环油与进塔的延迟焦化原料36经塔底延迟焦化进料泵进加热炉11。 

除焦过程是在焦炭塔17a或17b任一座已充满焦炭后(高温进塔热物流已切换至另一座焦炭塔)，这时焦炭塔内实际充满大块状焦炭，经短暂时间10-30min的蒸汽汽提，进一步汽提可挥发性组分后，先通过焦炭塔塔底通入低温水蒸汽降温、再注水急冷，塔内焦炭冷却到80℃左右后放空水，开卸顶、底盖，用水力除焦的方式除焦。大小不一的块状焦炭与水由塔底连续放出，焦炭35进入焦池而水经过滤后循环使用。 

下述的对比例、实施例1、实施例2、实施例3均使用延迟焦化的中型试验装置，并用同一种渣油原料，原料油的性质见表1。 

其中装置的加热炉进料为6kg/h、高温水蒸气440℃、低温水蒸气130℃、贫氧空气为普通空气与氮气按2∶1体积混合的常温气体，工艺操作条件及产品分布见表2。 

实施例1： 

如附图1所示，来自加热炉11辐射室473℃的高温热物流，经贫氧空气混合器13与占进料3.59％(W)、213℃的贫氧空气24(经贫氧空气换热器12与蜡油换热)混合，沿转油线25快速移动并发生氧化反应或燃烧。在0.5MPa，停留时间3.7s的条件下，从焦炭塔的底部进入焦炭塔进行裂解、焦化反应，并控制焦炭塔塔顶的表压为0.19MPa，充焦时间为6hr，反应油气从塔顶逸出至分馏塔进行分离，焦炭塔塔底吹入占进料量1.35％(W)的高温水蒸汽进行汽提。 

充焦结束后高温热物流切换至另外一个焦炭塔，塔内继续用高温水蒸汽汽提，经20min塔顶油气管线切换至冷凝排空专用线，同时用低温水蒸汽替换高 温水蒸汽进行塔内焦炭的冷却。经40min降温后塔内焦炭温度≤160℃，由塔底循环水线注水急冷并同时关闭低温水蒸汽，经30min塔内水位已完全浸没焦炭层后再放水，然后打开焦炭塔底盖、顶盖，用高压水枪切除塔内焦炭并送去存储，水经过滤循环使用。 

实施例2： 

加热炉出口温度487℃，转油线25内表压0.5MPa，热物流在转油线25停留时间3.9s，贫氧空气占进料2.86％(W)，其它条件同实施例1。 

实施例3： 

加热炉出口温度469℃，转油线25内表压0.5MPa，热物流在转油线25停留时间2.4s，贫氧空气占进料5.41％(W)，其它条件同实施例1。 

表1、原料油性质 

表2对比例、实施例1、实施例2与实施例3的操作条件和产品分布 

注：实施例加有贫氧空气，实际产品收率＞100％(W)。 

Claims (11)

1.一种延迟焦化方法，其特征在于：所述方法由以下步骤组成： 

A.原料油与焦化分馏塔塔底循环油混合后进入加热炉，加热后进入贫氧空气混合器与有效量的贫氧空气接触后进入延迟焦化转油线内氧化或燃烧； 

B.经上述方法处理的高温热流，从焦炭塔底部进入焦炭塔进行焦化反应； 

C.在充焦循环结束后，进一步汽提可挥发组分。 

2.根据权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于： 

A.原料油与焦化分馏塔塔底循环油混合后进入加热炉的对流室和辐射室中加热到440℃～510℃，进入贫氧空气混合器与有效量的贫氧空气接触，然后在延迟焦化转油线内氧化或燃烧，在从进入贫氧空气混合器经转油线到焦炭塔的过程中，停留时间为0-60s，转油线管内的表压为0.2～0.8MPa； 

B.经上述方法处理的高温热流，从焦炭塔底部进入焦炭塔进行焦化反应，焦炭塔塔顶表压0～0.3MPa，充焦时间为3～18hr，并在焦炭塔的底部和底部锥形封头之上连续吹入适量的360℃～480℃的高温水蒸气，进一步汽提焦炭塔内的可挥发性组分，逸出焦化塔塔顶的油气至焦化分馏塔分馏，焦化分馏塔底部抽出循环油，部分或全部循环油作为焦化循环油与原料油混合进焦化加热炉； 

C.在充焦循环结束后，焦炭塔内充满了焦炭，经10～30min进一步汽提可挥发组分，，通过低温蒸汽降温、焦炭塔内注水急冷、卸顶盖、卸底盖，用水力除焦的形式，将塔内焦炭由塔底连续排放，并分离出焦炭和水，水循环使用。 

3.根据权利要求2所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述步骤A中原料油与焦化分馏塔塔底循环油混合后进入加热炉的对流室和辐射室中加热到460℃～490℃后，进入贫氧空气混合器与有效量的贫氧空气接触，在从进入贫氧空气混合器经转油线到焦炭塔的过程中，停留时间为2-10s，转油线管内的表压为0.3～0.6MPa。 

4.根据权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述原料油包括：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、天然沥青等的一种或几种的混合物。 

5.根据权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述贫氧空气包括空气、氧气、氮气、延迟焦化干气、延迟焦化富气、延迟焦化液化气等一种或两种以上的混合气。 

6.根据权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述有效量的贫氧空气，是指贫氧空气与炉后热渣油按1％-12％(Wt)的比例混合。 

7.根据权利要求6所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述贫氧空气与炉后热渣油的比例为2％-6％(Wt)。 

8.根据权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述贫氧空气是普通空气与氮气按20％-100％(Wt)比例混合的气体。 

9.根据权利要求8所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述空气与氮气的混合比率为40％-80％(Wt)。 

10.根据权利要求1所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：所述贫氧空气混合器整体为上下不同径的圆筒形状并用圆锥形状连接、下部与转油管线同径；贫氧空气混合器的下端与延迟焦化的转油线相连。 

11.根据权利要求10所述的一种延迟焦化方法，其特征在于：炉后热物流从所述贫氧空气混合器下部筒体的侧面沿混合器壁垂直方向进入贫氧空气混合器内；贫氧空气从贫氧空气混合器上部筒体的侧面进入，经贫氧空气分布器形成筒体横截面分布均匀的向下流动气流。 

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