CN104736677A - 焦炭鼓添加剂注入 - Google Patents

Abstract

一种生产焦炭的方法，所述方法可以包括：将焦化原料加热到焦化温度以产生加热的焦化原料；将所述加热的焦化原料进给到焦化鼓；向所述焦化鼓进给焦化添加剂，例如至少一种加氢转化或加氢裂化催化剂；并让所述加热的焦化原料在所述焦化鼓中进行热裂化以裂化所述焦化原料的一部分，从而产生裂化的蒸气产物并产生焦炭产物。

Description

焦炭鼓添加剂注入

相关申请的交互参考

本申请依据35 U.S.C.§119(e)，要求2012年9月21日提交的序号为61/704,020的美国临时申请的优先权，所述临时申请在本文中以其全部内容通过引用并入。

发明领域

本文中公开的实施方式总体涉及石油焦化工艺和设备的领域。更具体地说，本文中公开的实施方式涉及焦炭的生产以及将添加剂注入焦炭鼓以提高焦化工艺的方法和设备。

发明背景

自从20世纪30年代中期以来，延迟焦化工艺已经有了许多改进。基本上，延迟焦化是半连续工艺，其中，重质原料被加热到高温(900°F和1000°F之间)并转移到大型焦化鼓。在所述焦化鼓中提供足够的停留时间，以允许热裂化和焦化反应进行到完成。重质渣油进料在所述鼓中热裂化，以产生较轻质的烃和固态石油焦。

所述焦化工艺产生的产物混合物可以受裂化温度、包括加热器出口条件和焦炭鼓条件的影响。这种技术最初的专利之一(美国专利No.1,831,719)公开了“来自汽相裂化操作的热蒸气混合物在它的温度下降到低于950°F、或最好在1050°F之前被有效地引入焦化容器，并且通常它在最高可能温度下被有效地引入所述焦化容器”。焦炭鼓中的“最高可能温度”有利于所述重质渣油的裂化，但是限制在于在加热器和下游进料管线中引发焦化以及烃蒸气过度裂化为气体(丁烷和更轻质烃)。当其他操作变量保持不变时，“最高可能温度”通常将石油焦副产物中剩余的挥发性材料最小化。在延迟焦化中，石油焦中挥发性材料的下限通常由焦炭硬度决定。也就是说，挥发性材料<8wt％的石油焦通常过硬使得除焦周期中的钻削时间延长得不合理。各种石油焦应用具有要求石油焦副产物的挥发物含量<12％的规格。因此，石油焦副产物中的挥发性材料通常具有8-12wt％的目标范围。

发明内容

焦化工艺可以通过向焦化鼓添加各种添加剂来提高。例如，在一些实施方式中，添加剂可以用于影响焦炭的性质(硬度、挥发物含量、燃烧性质、焦炭结构等)。在其他实施方式中，例如，添加剂可以用于提高焦炭收率、裂化烃产物的收率，或二者兼可。

在一个方面，本文中公开的实施方式涉及生产焦炭的方法。所述方法可以包括：将焦化原料加热到焦化温度以产生加热的焦化原料；将所述加热的焦化原料进给到焦化鼓；向所述焦化鼓进给焦化添加剂，例如至少一种加氢转化或加氢裂化催化剂；并让所述加热的焦化原料在所述焦化鼓中进行热裂化以裂化所述焦化原料的一部分，从而产生裂化的蒸气产物并产生焦炭产物。

在另一个方面，本文中公开的实施方式涉及生产焦炭的系统。所述系统可以包括：加热器，用于将焦化原料加热到焦化温度以产生加热的焦化原料；焦化鼓，用于热裂化所述加热的焦化原料以产生裂化的蒸气产物和焦炭产物；和焦化添加剂进料口，用于向所述焦化鼓直接或间接引入包含至少一种加氢转化或加氢裂化催化剂的焦化添加剂。

其他方面和优点从以下的描述和所附的权利要求中将是清楚明了的。

附图说明

图1-3是根据本文中公开实施方式的焦化工艺和设备的简图。

具体实施方式

在一个方面，本文中公开的实施方式总体上涉及石油焦化工艺和设备的领域。更具体地说，本文中公开的实施方式涉及焦炭的生产以及将焦化添加剂注入焦炭鼓以提高焦化工艺的方法和设备。所述焦化工艺可以通过向焦化鼓添加各种添加剂来改进。例如，在一些实施方式中，添加剂可以用于影响焦炭的性质(硬度、挥发物含量、燃烧性质、焦炭结构等)。在其他实施方式中，例如，添加剂可以用于提高焦炭收率、裂化烃产物的收率或二者兼可。裂化烃产物的收率可以通过例如向焦炭鼓添加流化催化裂化催化剂而增加。

现在参考图1，其示出了根据本文中公开的实施方式的焦化工艺。焦化原料10被引入到焦化分馏塔12的底部，在其中它与从焦炭鼓塔顶蒸气流14冷凝的烃合并。所生成的混合物16随后经过泵抽通过焦化加热器18，在加热器18中它被加热到目标焦化温度，例如750°F和1250°F之间，引起所述焦化原料的局部汽化和轻度裂化。所述加热的焦化原料20的温度可以通过利用温度传感器24来测量和控制，所述温度传感器向控制阀26发送信号来调节在加热器18中燃烧的燃料28的量。如果需要，水蒸气或冷凝水/锅炉给水30可以注入所述加热器以减少管32中的焦炭形成。

所述加热的焦化原料20可以从焦化加热器18作为气-液混合物回收，以进给到焦化鼓36。如本领域所知，两个或更多个鼓36可以平行使用，以在操作周期(焦炭生产、焦炭回收(除焦)、准备下一个焦炭生产周期，重复操作)期间提供连续操作。控制阀38，例如四通控制阀，将所述加热进料转向目标焦化鼓36。在所述焦化鼓36中提供足够的停留时间，以允许热裂化和焦化反应进行到完成。以这种方式，所述气-液混合物在所述焦化鼓36中热裂化以产生较轻质烃，其汽化并经流程线40离开所述焦炭鼓。石油焦和一些残余物(例如裂化烃)留在焦化鼓36中。当所述焦化鼓36的焦炭足够满时，所述焦化周期结束。所述加热的焦化原料20然后从第一焦化鼓36转换到平行的焦化鼓，开始它的焦化周期。同时，在所述第一焦化鼓中开始除焦周期。

在所述除焦周期中，冷却焦化鼓36的内容物，除去剩余的挥发性烃，从所述焦化鼓钻削或以其他方式除去焦，预备用于下一个焦化周期的焦化鼓36。焦炭的冷却通常在三个不同的阶段中发生。在第一阶段，焦炭被冷却并由水蒸气或其他汽提介质42汽提以经济最大化地去除所述焦炭中夹带或以其他方式残留的可回收烃。在冷却的第二阶段，注入水或其他冷却介质44以降低所述焦化鼓温度，同时避免对所述焦化鼓的热冲击。来自这种冷却介质的汽化水还促进额外可汽化烃的去除。在最后的冷却阶段，所述焦化鼓通过水或其他骤冷介质46进行骤冷，以将焦化鼓温度迅速降低到对安全除焦有利的条件。所述骤冷完成之后，焦化鼓36的底盖和顶盖或滑动阀48、50分别被移除或打开。然后通过例如液压喷水切割石油焦36，并从所述焦化鼓将除其去。在除焦之后，分别关闭所述焦化鼓盖或滑动阀48、50，并且所述焦化鼓36被水蒸气吹扫得不含空气，预热并在其它方面为下一个焦化周期做好准备。

从焦化鼓36作为塔顶馏分40回收的较质烃蒸气随后作为焦化蒸气流14转移到焦化分馏塔12，在其中将它们分离成两种或更多种烃馏分并回收。例如，可以在目标沸点温度范围下从分馏塔抽出重焦化瓦斯油(HCGO)馏分52和轻焦化瓦斯油(LCGO)馏分54。HCGO可以包括，例如，沸点在650-870°F范围内的烃。LCGO可以包括，例如，沸点在400-650°F范围内的烃。在一些实施方式中，还可以从焦化分馏塔12回收其他烃馏分，例如超重焦化瓦斯油(XHGCO)馏分56，其可以包括比HCGO更重质的烃，和/或洗油馏分57。分馏塔塔顶流，焦化湿气体馏分58，转到分离器60，在其中它分离成干气体馏分62、水/水性馏分64和石脑油馏分66。一部分石脑油馏分66可以作为回流68返回到所述分馏塔。

如上所述，向所述焦化鼓添加各种添加剂可以用于改善工艺性能。例如，焦化添加剂可以用于影响焦炭的性质(硬度、挥发物含量、燃烧性质、结晶(或非结晶)结构等)，和/或用于提高焦炭收率、裂化烃产物收率或二者兼可。

与所述焦化添加剂相结合，焦化鼓36内的材料温度在整个焦炭形成阶段可以用于控制焦炭结晶结构的类型和焦炭中挥发性可燃材料的量。经流程线40离开焦炭鼓的蒸气的温度因此可以是用于表示焦化工艺期间焦化鼓36内材料温度的重要的控制参数。例如，可以通过一种方式来控制条件以产生海绵状焦炭、球状焦炭、针状焦炭或挥发性可燃材料(VCM)含量在约5至约50重量％范围内的其他各种焦炭，所述挥发性可燃材料含量通过ASTM D3175t测量。

在一些实施方式中，所述焦化添加剂可以直接添加到焦化鼓36。例如，所述焦化添加剂可以分散到焦化鼓36的上部，例如通过进料口、注入喷嘴、分配器或本领域技术人员已知的其他方式。以这种方式，所述添加剂可以与进入焦化鼓36的蒸气混合，与冷凝性组分一起沉降，由此所述添加剂与所述焦化进料的相互作用产生目标效果。作为另一个例子，所述焦化添加剂可以分散到所述焦化鼓36的下部，例如经流程线74。

在其他实施方式中，所述焦化添加剂可以在向焦化鼓36进给所述加热的焦化进料之前，与所述焦化进料混合。例如，所述焦化添加剂可以在焦化鼓36和中间加热器18或加热器18的上游与所述进料混合。正如所说明的，所述焦化添加剂可以经流程线76进给，并在接近焦化鼓36底盖48的在焦化鼓36的上游处的流程管道20中立即与加热的焦化进料混合，例如在图2和3中更详细地示出，其中同样的数字表示同样的部分。

向焦化鼓36的下部进给流化催化裂化催化剂，例如经流程线74或流程线76，可以提供超过向所述鼓的上部进给所述催化剂的优势，尽管根据本文中的实施方式这两者均可使用。例如，向所述鼓的顶部进给所述催化剂，虽然具有有益的效果，但将所述催化剂引入到了具有高浓度较轻质烃的反应尾部，并且接近所述蒸气和较轻质烃离开所述焦化鼓的位置,并可能夹带部分所述注入的催化剂且阻止所述催化剂全部到达反应前沿。向所述鼓的底部进给所述催化剂或与所述给料一起进给,可以增加所述催化剂和所述烃的接触时间，确保所述催化剂与进给到所述焦化鼓的较重质烃组分的接触，并且与向所述焦化鼓的顶部进给所述催化剂相比，可以导致轻质烃的产量增加。

如图2和3中所示，可以利用混合三通管80以充分地合并所述加热的焦化进料20与所述焦化添加剂76和进给到焦化鼓36的下部的所述混合物。所述混合三通管80可以包括，例如，两个相交流程管道84、86。注入喷嘴82可以延伸规定的长度直至可以进入或穿过所述相交处，使得所述焦化添加剂注入到加热的焦化进料流并环状通过注入喷嘴82并进入焦化鼓36。

在其他实施方式中，焦化添加剂可以通过例如经流程线74直接地和例如经流程线76间接地进给到焦化鼓36。

所述焦化添加剂可以是气体、液体、固体、浆体或其混合的形式。因此，用于向所述焦化鼓直接或间接添加所述焦化添加剂的进料口、注入喷嘴或分散系统可以被构造成将焦化添加剂作为气体、液体、固体、浆体或其组合中的至少一种进行分散。例如，如图3所示，所述焦化添加剂可以通过注入喷嘴82分散到所述加热的焦化进料中。

根据所需要的焦化添加剂的量以及焦化添加剂的类型，所述焦化添加剂可以与载体介质混合以运送到所述焦化鼓或添加剂进给位置。例如，当所述焦化添加剂作为浆体进给时，所述焦化添加剂可以与载体介质例如烃或水混合。如果所述焦化添加剂是气态的，则水蒸气或轻质烃也可以用作载体介质。所述载体介质因此可以提供输送所述焦化添加剂的有效手段，并且在一些实施方式中，使得所述添加剂混合物的进给速率可测量和可控。在一些实施方式中，所述载体介质可以包括烃或烃的混合物，例如包括沸点在约500°F至约950°F范围内的一种或多种烃的混合物。所述载体介质可以包括，例如，下列的一种或多种：原油、常压塔塔底馏分、真空塔塔底馏分、淤浆油和出自原油或真空装置的液体产物流，以及其他合适的精炼流。在一些实施方式中，所述载体介质可以包括通过流10、14、52、54、56、57和66之一提供的烃等。

使用固体焦化添加剂可能引起注入喷嘴82和混合三通管80的腐蚀，需要定期更换所述添加剂进给系统。焦炭聚积和例行操作也可能需要清洁或分离所述添加剂进给系统。因此，阀、水蒸气管线、排水管线和其他未说明的物品可以视所述进给系统的情况，与混合三通管进给管线74、76和混合三通管80以及注入喷嘴82结合使用，以提供分离和清洁。虽然关于接近焦化鼓36的下端进给添加剂进行了描述，但在所述焦化添加剂进给到焦化鼓36的上部，例如经流程线74的情况下，也可以解决类似的顾虑。

焦化原料可以包括任意数量的不能经济地进一步蒸馏、催化裂化或以其他方式加工来制作燃料级掺合物流的精炼工艺流。通常，这些材料因为催化剂被灰分和金属污染和/或灭活而不适合于催化操作。常见的焦化原料包括常压蒸馏渣油、减压蒸馏渣油、催化裂化渣油、加氢裂化渣油和出自其他精炼装置的渣油。

如本领域所知，所述焦化原料可以在所述焦化分馏塔12的上游处理。例如，所述焦化原料可以经历加氢处理工艺、脱盐工艺、脱金属工艺、脱硫工艺或对产生目标焦化产物有用的其他预处理工艺。这样的预处理工艺与本文中公开的涉及焦炭的生产以及在焦炭鼓中注入焦化添加剂以改进焦化工艺的方法和设备的实施方式不同。

可用于本文中实施方式的焦化添加剂可以包括一种或多种可用于烃裂化的催化剂。可用作所述焦化鼓添加剂的合适的加氢处理和加氢裂化催化剂可以包括选自元素周期表4-12族的一种或多种元素。在一些实施方式中，根据本文中公开的实施方式的加氢处理和加氢裂化催化剂可以包含镍、钴、钨、钼及其组合的一种或多种,或由其组成或基本由其组成，或者无载体或者负载在多孔基体例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛或其组合上。所述加氢处理和加氢裂化催化剂来自制造商的供应或从再生过程产生，其可以是例如金属氧化物的形式。如果需要或希望，所述金属氧化物可以在使用之前或期间转转化为金属硫化物。在一些实施方式中，所述加氢处理和加氢裂化催化剂可以在引入焦化鼓之前预硫化和/或预调整。

各种化学和/或生物剂也可以添加于所述焦化工艺中以抑制球状焦炭的形成和/或促进目标海绵状焦炭的形成。在具体的实施方式中，可以添加消泡剂，例如硅基添加剂。所述化学和/或生物剂可以在所述工艺的任何点添加，并且在一些实施方式中与所述焦化添加剂一起添加。

本领域技术人员将理解并领会，根据本文中的实施方式，焦化添加剂的具体选择将取决于若干因素，包括：进料组成；进料内所述添加剂的剂量率和浓度；进给速率；所述单元操作的温度、压力和其他条件；从所述工艺生成的塔顶馏分的目标性质；来源于所述工艺的焦炭的目标性质；和本领域技术人员已知的类似的这样的变量。因此，对任何给定的进料将需要进行例行的优化过程以达到期望的结果，并且这样的优化过程不被认为在这类技术人员的范畴之外也不在本公开的范围之外。

根据本文中的实施方式，焦化添加剂的添加可能只是焦化周期的一部分所期望的。例如，可能期望在焦化鼓36内开始焦炭形成之后，推迟一段选定的时间再添加所述焦化添加剂。例如，在焦化鼓中具有焦炭可以给所述焦化添加剂可提供在其上分散并与烃进料相互作用的表面积，产生期望的效果，例如提高挥发性烃的产生。

如上所述，本文中描述的实施方式有利地提供了向焦化鼓添加焦化添加剂。添加这些焦化添加剂可以用于，例如，有利地影响焦炭的性质(硬度、挥发物含量、燃烧性质、结晶(或非结晶)结构等)，和/或用于提高焦炭收率、裂化烃产物收率或二者兼可。

虽然本公开包括为数有限的实施方式，但本领域技术人员，得益于本公开，将领会在不背离本公开的范围下可以设计出的其他实施方式。因此，所述范围应该仅由所附的权利要求书限定。

Claims (17)

1.一种生产焦炭的方法，所述方法包括：

将焦化原料加热到焦化温度以产生加热的焦化原料；

将所述加热的焦化原料进给到焦化鼓；

向所述焦化鼓进给包含至少一种加氢转化或加氢裂化催化剂的焦化添加剂；

让所述加热的焦化原料在所述焦化鼓中进行热裂化以裂化所述焦化原料的一部分，从而产生裂化的蒸气产物并产生焦炭产物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过ASTM D3175t测量，所述焦炭产物具有在约5至约50重量％范围内的VCM浓度。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述焦炭产物包含海绵状焦炭、针状焦炭和球状焦炭的至少一种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述焦化添加剂直接进给到所述焦化鼓。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述焦化添加剂分散到所述焦化鼓的下部中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其还包含在进给到所述焦化鼓之前，将所述焦化添加剂与所述加热的焦化进料混合。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其还包含：

加热焦化原料到焦化温度以产生加热的焦化原料并将所述加热的焦化原料进给焦化鼓,在一段选定的时间之后开始进给焦化添加剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其还包含混合所述焦化添加剂与载体介质。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述载体介质包含烃或烃的混合物。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述载体介质包括含有一种或多种烃的混合物，所述烃具有在约500°F至约950°F范围内的沸点。

11.一种生产焦炭的系统，所述系统包括：

加热器，用于将焦化原料加热到焦化温度以产生加热的焦化原料；

焦化鼓，用于热裂化所述加热的焦化原料以产生裂化的蒸气产物和焦炭产物；和

焦化添加剂进料喷嘴，用于向所述焦化鼓直接或间接引入包含至少一种加氢转化或加氢裂化催化剂的焦化添加剂。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述焦化添加剂进料喷嘴将所述焦化添加剂分散在所述焦化鼓的下部中。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述焦化添加剂进料喷嘴将所述焦化添加剂分散在将所述加热的焦化原料从所述加热器输送到所述焦化鼓的流程管道中。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，其中所述焦化添加剂进料喷嘴被构造成将所述焦化添加剂作为气体、液体、固体或浆体的至少一种进行分散。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的系统，其中所述焦化添加剂进料喷嘴包括混合三通管。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述混合三通管与接近所述焦化鼓的底盖的进料口联接。

17.根据权利要求15-16中任一项所述的系统，其中所述混合三通管包括至少两个相交流程管道和延伸入或穿过所述至少两个相交流程管道的相交处的注入喷嘴。