CN105229118B - 延迟焦化鼓骤冷溢出系统和方法 - Google Patents

Abstract

延迟焦化鼓骤冷溢出系统和方法，其涉及在延迟焦化鼓骤冷操作中从溢出流中移除烃颗粒。在一个实施方案中，改进的溢出流系统并入一个或多个过滤器以在经过传统封闭排污系统之前从系统中移除烃颗粒。

Description

延迟焦化鼓骤冷溢出系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求在2013年3月14日提交的美国专利申请序列号13/803,848的优先权，其说明书在此通过引用并入本文。

关于联邦政府资助研究的声明

不适用。

技术领域

本发明通常涉及延迟焦化鼓骤冷溢出系统和方法。更具体地，本发明涉及在溢出流进入封闭的排放系统之前在延迟焦化鼓骤冷操作中从溢出流中移除烃颗粒。

背景技术

焦化是较老的精炼工艺之一。焦化厂的目的是将重渣油(如焦油、沥青等)转化成更轻、更有价值的发动机燃料调和料。炼油厂焦化被控制，严格的，热裂解。这是将其中高分子量烃残留(通常来自炼油厂原油蒸馏装置的真空闪蒸器底部)裂解或分解成更小和更有价值的烃的工艺。

焦化是通过使供料经受引发裂解工艺的约930°F的极端温度完成。由所述裂解工艺形成的轻烃闪蒸出并在传统分馏设备中被分离。裂解后留下的材料是焦炭，其几乎是纯碳。除了在电极制造中的金属工业中具有价值的焦炭，燃料焦炭，二氧化钛等，焦化厂的产品包括汽油(gas)(炼油厂燃料和LPG)、不稳定的(野的(wild))汽油、轻柴油和重柴油。

延迟焦化工艺代表世界炼焦能力的最大份额。延迟焦化可被认为是一个连续的间歇反应。这个过程使用成对的焦炭鼓。一个鼓(活性鼓)用作渣油热裂解的反应容器。随着裂解过程进行，所述活性鼓慢慢充满焦炭。在活性鼓充满焦炭时，第二鼓(非活性鼓)处于使焦炭从中移除的过程。所述焦炭鼓的大小是这样的以使等到活性鼓充满焦炭时，非活性鼓是空的。然后工艺流程切换到变为活性鼓的所述空鼓。所述满鼓变为非活性鼓并被移空或去焦炭。通过以该方式在这两个鼓间反复切换工艺流程，焦化操作可以继续不间断。

在直接火加热的炉中加热后，将油充至活性焦炭鼓的底部。裂化的轻烃上升到所述鼓的顶部，在那里它们被移除并进入分馏器分离。较重的烃被留下，且保留的热使它们裂化为焦炭。

在延迟焦化装置骤冷操作中通常使用封闭的排污系统用于支持脱机焦炭鼓操作，例如，水骤冷操作和后升温(back-warming)操作。在图1中，示意图说明了延迟焦化骤冷系统和封闭排污系统的一个实例。

所述延迟焦化系统包括一对焦炭鼓102和104、炼焦炉106和分馏器108。将骤冷水101a引入脱机并准备好用于骤冷的焦炭鼓102中。虽然焦炭鼓102脱机且焦炭鼓104联机，各焦炭鼓在联机和脱机状态间交替变化，取决于另一个焦炭鼓的状态。因此，如果焦炭鼓104脱机，则骤冷水101a将被引入焦炭鼓104。来自炉106的流出物106a被送入焦炭鼓102和104。转换阀101b用于将流出物106a引入联机的焦炭鼓，所述联机的焦炭鼓在该实施例中为焦炭鼓104。预加热的烃料(未显示)进入分馏器108的底部，这提供其进入炼焦炉106之前烃料的缓冲时间(surge time)。炼焦炉106通常将烃料加热至约930°F，这引发炼焦炉106中的焦化反应。该工艺在炼焦炉106中形成流出物106a，该流出物现在是经过反应的，包含油、蒸汽和一些焦炭细粉(也被称为烃颗粒)的三相流。随着来自炼焦炉106的流出物106a进入联机的焦炭鼓104，随着流出物106a流经在焦炭鼓104中构建的焦炭床中的通道，固体焦炭开始在焦炭鼓104中构建。当焦炭鼓104中的焦炭水平在焦炭鼓104中达到预定的高度时，则使用转换阀101b以阻止流出物106a进一步进入焦炭鼓104并将流出物106a引入脱机的目前空的焦炭鼓102。以该方式，然后焦炭鼓104变为脱机的焦炭鼓且焦炭鼓102变为联机的焦炭鼓。

通过来自该工艺的受控的油注射使离开联机焦炭鼓104的热蒸汽在离开焦炭鼓104时立刻被骤冷以终止焦化反应。这形成塔顶烃/蒸汽流103，其通过在含隔离阀105a–105d的转换板(switchdeck)中的隔离阀105d被送返至分馏器108。该分馏器108使用本领域已知的分馏技术将骤冷的焦炭鼓顶部流104a分离为重柴油、轻柴油和顶部产物。在关闭隔离阀105c之前，汽提脱机的焦炭鼓102并将塔顶烃/蒸汽流103送至分馏器108约45分钟，并打开隔离阀105a以将塔顶烃/蒸汽流103重新引入骤冷塔110约另一个45分钟。此时，焦炭鼓102可作为脱机的焦炭鼓开始骤冷过程。

随着骤冷水101a被引入所述脱机的焦炭鼓102，骤冷水被汽化以产生包含较少烃的塔顶烃/蒸汽流103。所述塔顶烃/蒸汽流103流经转换板上的转换阀105a以进入骤冷塔110。骤冷水110a初始以较低的速率被迫进入脱机的焦炭鼓102，所述速率随着其中的焦炭床被冷却而缓慢增加。骤冷水101a最终将充满脱机的焦炭鼓102至约焦炭床水平以上5英尺，这仍可产生在塔顶烃/蒸汽流103中的一些蒸汽。

在骤冷塔110中，所述塔顶烃/蒸汽流103降至约370°F的温度以使骤冷塔110中的温度变化最小化。基本上包含蒸汽的骤冷塔塔顶蒸汽流107流出骤冷塔110并进入排污冷凝器112。

排污冷凝器112简单冷凝骤冷塔塔顶流107以形成进入排污沉降鼓114的排污冷凝器出口流109。

在沉降鼓114中，所述排污冷凝器出口流109被分离为酸性水流111、轻废油流113和烃蒸汽流115。所述烃蒸汽流115被送返至分馏器108。轻废油流113也返回至分馏器108。酸性水流111被送至酸性水汽提器，所述酸性水汽提器从酸性水流111中移除硫化物。

骤冷塔110、排污冷凝器112和沉降鼓114共同被称为封闭排污系统。脱机的焦炭鼓102中的压力通常与所述封闭排污系统中的压力相同。此时，脱机的焦炭鼓102与封闭排污系统隔离并排气至大气。可在含烃蒸汽流115的管线中使用喷射器或小的压缩器以在排气脱机的焦炭鼓102之前降低封闭排污系统和脱机的焦炭鼓102中的压力至约2psig或更低，正如现行环境管理指南所要求的。尽管在2psig下排气脱机的焦炭鼓102至大气，产生可包含烃，可能地硫化氢，和焦炭细粉的蒸汽羽流。在排气至大气之前在脱机焦炭鼓102中保持2psig的压力也是一个问题，因为由于在与封闭排污系统隔离后来自焦炭床的连续放热，焦炭鼓压力可变化(spike)。在一些在约15psig下开始排气的较旧的装置上，噪音也是一个严重的问题。

或者，图1中所示的延迟焦化骤冷系统可被修改为包括焦炭鼓骤冷溢出流。虽然现有溢出系统有点变化且相似的设备不必要使用，它们也得益于在骤冷操作末端溢出焦炭鼓的过程。例如，现有溢出系统不在封闭排污系统的末端要求喷射器或压缩器以减少系统中的压力。该喷射器用于在将焦炭鼓与排污系统隔离并排气至大气之前，在骤冷操作的最后将排污系统和焦炭鼓中压力拉至约2psig。所述溢出流减少了脱机的焦炭鼓暴露至大气并消除显著的蒸汽排放。然而，由于溢出流在进入封闭排污系统之前不过滤，现有溢出方案的问题可包括气味和气体释放或火灾、堵塞交换器和当焦炭鼓返回填充周期时在管道残留焦炭粉被排到其他设备。

由于许多现有的溢出系统具有美国石油组织(“API”)分离器或其他朝大气开放的设备，可能有烃类和硫化氢的排放，这是一个严重的问题。当溢出流通过空气冷却器送出而无适当的过滤时，空气冷却器可堵塞，这在一些现有的溢出系统中也是一个问题。在现有溢出系统用的管道系统部件中，在溢出操作后通常留下焦炭细粉，当返回至正常的阀装置时所述焦炭细粉然后被冲入骤冷塔或分馏器。可在焦炭床中产生重油或焦油球，如果这些通过骤冷水由焦炭鼓得以实现，则下游设备将无法良好运行，并将需要清洗。

发明内容

因此本发明通过提供用于在溢出流进入封闭排污系统之前，在延迟焦化鼓骤冷操作中从溢出流中移除烃颗粒的系统和方法满足上述需求并克服本领域中一个或多个缺陷。

在一个实施方案中，本发明包括延迟焦化骤冷溢出系统，其包括：i)焦炭鼓；ii)封闭排污系统，其包括排污冷凝器和沉降鼓中的至少一个；和iii)一端通过一个流体通道连接到焦炭鼓且另一端通过另一个流体通道连接到封闭排污系统的过滤系统。

在另一个实施方案中，本发明包括用于在延迟焦化骤冷溢出系统中从溢出流中去除烃颗粒的方法，其包括：i)从焦炭鼓中抽吸含流体和烃颗粒的溢出流经过过滤系统；ii)随着溢出流被抽吸经过过滤系统从溢出流中去除部分烃颗粒；和iii)从所述过滤系统中抽吸溢出流经过封闭排污系统，所述封闭排污系统包括排污冷凝器和沉降鼓中的至少一个。

从下面多种实施方案和相关附图的描述中本发明的其他方面、优势和实施方案将对本领域技术人员变得明显。

附图说明

下面参考附图描述本发明，其中相同元件用相同数字标记，其中：

图1是说明封闭排污系统的示意图。

图2是说明根据本发明的延迟焦化骤冷溢出系统和封闭排污系统的示意图。

具体实施方案

具体描述了本发明的主题，然而，描述本身不旨在限制本发明的范围。因此所述主题也可以其它方式体现，以包括不同步骤或与本文所描述那些类似的步骤的组合，连同其他现有或将来的技术。此外，虽然术语“步骤”在此可用来描述所使用方法的不同要素，该术语不应理解为意味着在本文公开的各种步骤间任何特定的顺序，除非描述中清楚限定特定顺序。虽然下面的描述是指延迟焦化鼓骤冷操作，本发明的系统和方法不限于此并可应用于其他操作以实现相似结果。

现在参考图2，示意图说明了根据本发明的改进的延迟焦化骤冷溢出系统和封闭排污系统。

在该改进的溢出系统中，骤冷水101a继续流入脱机的焦炭鼓102在焦炭的水平线以上以溢出脱机焦炭鼓102的顶部，这形成塔顶烃/蒸汽流103。在这一点上，脱机的焦炭鼓102被认为处于溢出骤冷模式。塔顶烃/蒸汽流103流入目前包括隔离阀105a-105d、205a和205b的转换板。隔离阀105a因此是封闭的且隔离阀205a是打开的以使塔顶烃/蒸汽流103b可被导入含一对碎片过滤器(debris filter)204a和204b的新型过滤器。由于具有两个碎片过滤器，它们可串联(未显示)或并联(显示)连接。如果它们是并联连接，则一个可为联机而另一个为脱机。碎片过滤器204a和204b旨在移除可为尺寸大于约3/8英寸任何烃的重烃颗粒。

过滤的水流205离开碎片过滤器204a或204b，进入用于抽吸过滤的水流205通过控制阀210至一对焦炭细粉过滤器212a和212b中的溢出泵系统206。溢出泵系统206可包括焦炭粉碎叶轮以处理任何小于3/8英寸的烃颗粒。通过流量控制器208控制控制阀210。液位变送器201a通过电路系统201b连接至流量控制器208并显示塔顶烃/蒸汽流103b的水位以保持充足的静态顶部压力并允许碎片过滤器204a和204b正确运行。为了控制塔顶烃/蒸汽流103b的液位，或者溢出泵系统206的容量必须等于用于骤冷水101a的泵的容量，或者骤冷水泵容量可被控制以限制流入溢出系统。对于使用两个具有1200-1600gpm结合容量的骤冷水泵的40,000bpsd单元，溢出泵系统206将具有等于该容量的容量。碎片过滤器204a和204b可用过滤的水自动反洗。如果在反洗后碎片过滤器204a和204b中的压降太高，则所述流可自动切换到备用脱机的碎片过滤器。如果系统压力保持很高，那么用于骤冷水101a的泵可跳闸(tripped)。优选地，碎片过滤器204a和204b出口处的压力降至少约45psig。

焦炭细粉过滤器212a和212b可串联(未显示)或并联(显示)连接以移除过滤的水流205中的烃颗粒，其不被碎片过滤器204a和204b移除并可为尺寸约10-15微米小。然而，较小的烃颗粒可通过选择不同的过滤器移除。可使用附加的焦炭细粉过滤器，其中一个或多个可被指定为联机且一个或多个可被指定为脱机。

细粉过滤的水流207离开焦炭细粉过滤器212a和212b并通过打开的控制阀214被导入含骤冷塔110、排污冷凝器112和沉降鼓114的改进的封闭排污系统。因此细粉过滤的水流207绕过骤冷塔110并进入排污冷凝器112，在其中其被冷凝为排污冷凝器出口流209。所述排污冷凝器出口流209如同图1中的排污冷凝器出口流109，包括一些烃和水，然而，在约140°F的较低的温度下。

排污冷凝器出口流209进入沉降鼓114，在这里其被分离成酸性水流211、轻废油流213和烃蒸气流215。所述烃蒸气流215被送回分馏器108。所述轻废油流213也返回分馏器108。所述酸性水流211被送至从酸性水流211中去除硫化物的水汽提器。

在烃颗粒从细粉过滤的水流207仍进入排污冷凝器112的情况下，所述细粉过滤的水流207可通过打开的止回阀216重新定向在排污冷凝器112的周围，其中细粉过滤的水流207与流经打开的止回阀220的冷水注入流218混合。所述冷水注入流218因此使细粉过滤的水流207的温度下降，以在沉降鼓114中更好地分离酸性水流211、轻废油流213和烃蒸气流215。

一旦溢出操作完成且脱机的焦炭鼓102中的温度和压力明显降低至基本上大气压力且水温小于212°F，可打开脱机的焦炭鼓102以移除其中的焦炭。在这一点上，在脱机焦炭鼓102的压力应为大气压力或0psig。

因此，通过并入在溢出流进入封闭排污系统之前大量移除溢出流中的烃颗粒的过滤系统，所述改进溢出系统避免了与常规延迟焦化鼓骤冷系统相关的排放问题并且克服了常规溢出系统的问题。此外，图2中显示的改进的溢出系统很好适应和在传统延迟焦化鼓骤冷系统中使用的相同元件和图1中所示的封闭排污系统一起工作。结果是，名义上的改装对于将过滤系统并入传统延迟焦化鼓骤冷系统和封闭排污系统是必要的。值得注意的是，如果改进的溢出系统指定为如图2中所示具有传统封闭排放系统，则操作者总是有选择权停止溢出操作，排出塔顶烃/蒸汽流103b并恢复至图1中所示的常规延迟焦化鼓骤冷系统。

尽管结合目前优选的实施方案描述了本发明，本领域技术人员将理解的是这不旨在将本发明限制于这些实施方案。例如，预期通过为某些流规定不同的路线或通过调节操作参数，可得到不同的优化和效率，然而这些不导致所述系统落在本发明的范围外。因此，预期可对公开的实施方案作出各种替代实施方案和修饰，而不偏离由附加权利要求及其等价物限定的本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种延迟焦化骤冷溢出系统，其包括：

焦炭鼓；

封闭排污系统，其包括排污冷凝器和沉降鼓中的至少一个；和

一端通过一个流体通道连接到焦炭鼓且另一端通过另一个流体通道连接到封闭排污系统的过滤系统，

其中所述过滤系统移除溢出流中尺寸10-25微米小的烃颗粒。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤系统包含一个用于仅从溢出流中移除尺寸大于3/8英寸的烃颗粒的碎片过滤器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述过滤系统包含另一个用于仅从溢出流中移除尺寸大于3/8英寸的烃颗粒的碎片过滤器。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述一个碎片过滤器和另一个碎片过滤器串联或并联连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤系统包含一个用于从溢出流中移除尺寸10-25微米小的烃颗粒的焦炭细粉过滤器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述过滤系统包含另一个用于从溢出流中移除尺寸10-25微米小的烃颗粒的焦炭细粉过滤器。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述一个焦炭细粉过滤器和另一个焦炭细粉过滤器串联或并联连接。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤系统包含溢出泵和用于控制通过所述过滤系统的溢出流的流量的流量控制器。

9.根据权利要求1所述的系统，其中在溢出流流经另一个流体通道至封闭排污系统之前，所述过滤系统移除来自焦炭鼓经过流体通道的溢出流中的烃颗粒。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述溢出泵的容量等于用于将流体抽吸至焦炭鼓的泵的容量。

11.用于在延迟焦化骤冷溢出系统中从溢出流中去除烃颗粒的方法，其包括：

从焦炭鼓中抽吸含流体和烃颗粒的溢出流经过过滤系统；

随着溢出流被抽吸经过过滤系统从溢出流中去除部分烃颗粒；和

从所述过滤系统中抽吸溢出流经过封闭排污系统，所述封闭排污系统包括排污冷凝器和沉降鼓中的至少一个，

其中所述过滤系统从溢出流中移除尺寸10-25微米小的烃颗粒。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述过滤系统包含一个用于仅从溢出流中移除尺寸大于3/8英寸的烃颗粒的碎片过滤器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述过滤系统包含另一个用于仅从溢出流中移除尺寸大于3/8英寸的烃颗粒的碎片过滤器。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述过滤系统包含一个用于从溢出流中移除尺寸10-25微米小的烃颗粒的焦炭细粉过滤器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述过滤系统包含另一个用于从溢出流中移除尺寸10-25微米小的烃颗粒的焦炭细粉过滤器。

16.根据权利要求11所述的方法，进一步包含通过具有溢流泵和流量控制器的过滤系统控制溢出流的流量。

17.根据权利要求11所述的方法，进一步包含：

在排污冷凝器周围抽吸溢出流经过沉降鼓；和

将溢出流和冷却的流体混合以在溢出流进入沉降鼓之前降低溢出流的温度。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包含使用流量控制器、溢流泵和用于将流体抽吸至焦炭鼓的泵在过滤系统中保持预定的静态顶部压力。