CN111925814A - 一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统及方法 - Google Patents

一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统及方法 Download PDF

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廖虎
韩照宪
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Abstract

本发明针状焦技术领域，具体涉及一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统及方法。原料加热炉的输入端通过原料进料管道分别连接煤系原料进料支管和油系原料进料支管，原料输出管道通过四通阀A与焦化塔A和焦化塔B连接；焦化塔A的裂解气输出支管A和焦化塔B的裂解气输出支管B通过四通阀B连接煤系分馏塔和油系分馏塔；载气输出支管A通过四通阀A与焦化塔A和焦化塔B连接，载气输出支管B连接煤系分馏塔，载气输出支管C连接油系分馏塔。可以在一套装置内集成煤系针状焦延迟焦化系统和油系针状焦延迟焦化系统，节省了设备投资，减少了装置占地面积；采用延迟焦化系统外的载气预热新塔，降低了分馏塔的运行波动。

Description

一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统及方法
技术领域
本发明针状焦技术领域，具体涉及一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统及方法。
背景技术
针状焦制备通常采用液相碳化技术，焦化原料在液相碳化过程中逐渐经热解及缩聚形成中间相小球体，中间相小球体再经充分长大、融并、定向，最后固化为纤维状结构的碳产物，即针状焦。根据生产针状焦的原料种类不同，针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦两种，无论是油系针状焦还是煤系针状焦，生产过程主要均为原料预处理、延迟焦化和煅烧三部分。延迟焦化作为重油加工手段之一，其装置主要包括加热炉、焦化塔和分馏塔等，原料经加热炉加热后进入焦化塔，在焦化塔内发生热分解缩合反应，从焦化塔出来的裂解气进入分馏塔，分离出不同的液体。现有工艺中，一方面煤系和油系针状焦的延迟焦化系统均采用相互独立的系统运行，设备投资高、占地面积大、经济效益差；另一方面新塔预热一般采用在线焦化油气来实现，具体的预热流程为打开新塔塔顶的球形环阀，生产塔高温油气从新塔的塔顶流到塔底换热液化，此预热方式会导致分馏塔的运行波动，进而造成装置系统的周期性波动。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，可以在一套装置内集成煤系针状焦延迟焦化系统和油系针状焦延迟焦化系统，节省了设备投资，减少了装置占地面积；采用延迟焦化系统外的载气预热新塔，降低了分馏塔的运行波动；本发明还提供实现可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，包括原料加热炉、载气加热炉、焦化塔A、焦化塔B、煤系分馏塔和油系分馏塔，原料加热炉的输入端通过原料进料管道分别连接煤系原料进料支管和油系原料进料支管，原料加热炉的输出端连接原料输出管道，原料输出管道通过四通阀A与焦化塔A和焦化塔B连接；焦化塔A的裂解气输出支管A和焦化塔B的裂解气输出支管B通过四通阀B连接煤系分馏塔和油系分馏塔；载气加热炉的输入端连接载气进料管道，载气加热炉的输出端连接载气输出管道，载气输出管道分别连接载气输出支管A、载气输出支管B和载气输出支管C，载气输出支管A通过四通阀A与焦化塔A和焦化塔B连接，载气输出支管B连接煤系分馏塔，载气输出支管C连接油系分馏塔。
进一步的，焦炭塔A和焦炭塔B的输入端和输出端分别设有控制阀。
进一步的，煤系原料进料支管和油系原料进料支管上分别设有控制阀。
进一步的，载气加热炉为管式加热炉。
进一步的，焦化塔A和焦化塔B的底部分别设有焦炭输出管道。焦炭由底部卸出，通过在一套装置内集成煤系针状焦延迟焦化系统和油系针状焦延迟焦化系统，实现可灵活切换，根据生产需求的不同分时生产煤系针状焦和油系针状焦。
本发明还提供一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化的方法，主要包括如下步骤：
（1）采用外源载气将焦化塔A、焦化塔B、煤系分馏塔和油系分馏塔预热，煤系原料或油系原料分别经煤系原料进料支管和油系原料进料支管进入原料加热炉；
（2）加热后在变温、变压和/或变循环比的条件下进行焦化反应，计划焦化塔A生产油系针状焦，焦化塔B生产煤系针状焦，生焦周期均为60小时；
（3）当焦化塔A进料生产时，焦化塔B处于待用状态，焦化塔A进料时间达到60小时时切换进料，停止向焦化塔A进油系原料，开始向焦化塔B进煤系原料，焦化塔B开始生产煤系焦，焦化塔A经冷焦阶段后再水力除焦，当焦化塔A内焦炭清除完毕后，等待预热，开始下一个生产周期；
（4）从焦化塔A和焦化塔B出来的裂解气分别进入油系分馏塔和煤系分馏塔中进行分馏。
其中，
外源载气为焦化干气、蒸汽或惰性气体中的一种。
煤系原料的焦化反应根据煤系原料入料时间在变温、变压和/或变循环比的条件下进行，具体为：当煤系原料入料时间为0~4h时，焦化塔入塔温度为450℃，焦化塔塔顶压力为0.2~0.6MPa；当煤系原料入料时间为4~7h时，焦化塔入塔温度由450℃将至420℃，降温速度为10℃/h，焦化塔塔顶压力为0.6~1.0MPa；当煤系原料入料时间为7~12h时，温度为420℃，焦化塔塔顶压力为1.0MPa；循环比为1.5；当煤系原料入料时间为12~48h时，焦化塔入塔温度为420~456℃，升温速度为1.2℃/h，焦化塔塔顶压力由1.0MPa缓慢降至0.8MPa，循环比为2；当煤系原料入料时间为48~50h时，焦化塔入塔温度为456~460℃，焦化塔塔顶压力由0.8MPa缓慢降至0.3MPa，循环比为3；当煤系原料入料时间为50~60h时，焦化塔入塔温度为460℃，焦化塔塔顶压力由0.3MPa缓慢降至0.04MPa，循环比为3。
油系原料的焦化反应根据油系原料入料时间在变温、变压和/或变循环比的条件下进行，具体为：当油系原料入料时间为0~4h时，焦化塔入塔温度为490℃，焦化塔塔顶压力为0.2~0.6MPa；当油系原料入料时间为4~7h时，焦化塔入塔温度由490℃将至470℃，降温速度为6.7℃/h，焦化塔塔顶压力为0.6MPa；当油系原料入料时间为7~12h时，焦化塔入塔温度为470℃，焦化塔塔顶压力为1.0MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为12~48h时，焦化塔入塔温度为470~490℃，升温速度为0.55℃/h，焦化塔塔顶压力由0.6MPa缓慢降至0.55MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为48~50h时，焦化塔入塔温度为490~495℃，焦化塔塔顶压力为0.55MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为50~60h时，焦化塔入塔温度为495℃，焦化塔塔顶压力由0.55MPa缓慢降至0.04MPa，循环比为1.5。工艺参数的优化是延迟焦化的主要问题，每一焦化塔在进料过程中由于温度、压力等因素是变化的，对延迟焦化的工艺参数进行优化后可以有效解决针状焦质量的均匀性。
冷焦阶段具体为先从塔底部通入蒸汽，然后通入高压水，目的就是将塔内生焦温度降下来；当塔内温度低于80℃后开塔盖，先开顶盖，后开底盖。
本发明的有益效果在于，
（1）通过在一套系统内集成煤系针状焦延迟焦化系统和油系针状焦延迟焦化系统，实现可灵活切换，根据生产需求的不同可分时生产煤系针状焦和油系针状焦，提高了生产能力，比按传统1炉2塔工艺，减少了一台原料加热炉和2台焦化塔，节省了设备投资和占地面积；通过采用延迟焦化系统外的载气把焦化塔A、焦化塔B、煤系分馏塔和油系分馏塔预热到合适的操作温度，平稳了装置系统的物料平衡和热量平衡，降低了煤系分馏塔和油系分馏塔的运行波动；
（2）通过在变温、变压、变循环比的条件下进行焦化反应，优化操作参数，有效提高了针状焦质量的均匀性。
附图说明
图1是本发明提供的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统的结构示意图；
图中：1、煤系原料进料支管；2、油系原料进料支管；3、控制阀；4、原料进料管道；5、原料加热炉；6、原料输出管道；7、四通阀A；8、焦化塔A；9、裂解气输出支管A；10、裂解气输出支管B；11、四通阀B；12、煤系分馏塔；13、油系分馏塔；14、载气输出支管C；15、载气输出支管B；16、焦化塔B；17、载气输出支管A；18、载气输出管道；19、载气加热炉；20、载气进料管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好地了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例1
一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，包括原料加热炉5、载气加热炉19、焦化塔A8、焦化塔B16、煤系分馏塔12和油系分馏塔13，原料加热炉5的输入端通过原料进料管道4分别连接煤系原料进料支管1和油系原料进料支管2，原料加热炉5的输出端连接原料输出管道6，原料输出管道6通过四通阀A7与焦化塔A8和焦化塔B16连接；焦化塔A8的裂解气输出支管A9和焦化塔B16的裂解气输出支管B10通过四通阀B11连接煤系分馏塔12和油系分馏塔13；载气加热炉19的输入端连接载气进料管道20，载气加热炉19的输出端连接载气输出管道18，载气输出管道18分别连接载气输出支管A17、载气输出支管B15和载气输出支管C14，载气输出支管A17通过四通阀A7与焦化塔A8和焦化塔B16连接，载气输出支管B15连接煤系分馏塔12，载气输出支管C14连接油系分馏塔13。
进一步的，焦炭塔A8和焦炭塔B16的输入端和输出端分别设有控制阀3。
进一步的，煤系原料进料支管1和油系原料进料支管2上分别设有控制阀3。
进一步的，载气加热炉19为管式加热炉。
进一步的，焦化塔A8和焦化塔B16的底部分别设有焦炭输出管道。焦炭由底部卸出，通过在一套装置内集成煤系针状焦延迟焦化系统和油系针状焦延迟焦化系统，实现可灵活切换，根据生产需求的不同分时生产煤系针状焦和油系针状焦。
实施例2
一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化的方法，采用附图1的流程，主要包括如下步骤：
（1）采用外源高温惰性气体将焦化塔A、焦化塔B、煤系分馏塔和油系分馏塔预热，煤系原料或油系原料分别经煤系原料进料支管和油系原料进料支管进入原料加热炉；
（2）加热后在变温、变压和/或变循环比的条件下进行焦化反应，计划焦化塔A生产油系针状焦，焦化塔B生产煤系针状焦，生焦周期均为60小时；
（3）当焦化塔A进料生产时，焦化塔B处于待用状态，焦化塔A进料时间达到60小时时切换进料，停止向焦化塔A进油系原料，开始向焦化塔B进煤系原料，焦化塔B开始生产煤系焦，焦化塔A经冷焦阶段后再水力除焦，当焦化塔A内焦炭清除完毕后，等待预热，开始下一个生产周期；
（4）从焦化塔A和焦化塔B出来的裂解气分别进入油系分馏塔和煤系分馏塔中进行分馏。
其中，
煤系原料的焦化反应根据煤系原料入料时间在变温、变压和/或变循环比的条件下进行，具体为：当煤系原料入料时间为0~4h时，焦化塔入塔温度为450℃，焦化塔塔顶压力为0.2~0.6MPa；当煤系原料入料时间为4~7h时，焦化塔入塔温度由450℃将至420℃，降温速度为10℃/h，焦化塔塔顶压力为0.6~1.0MPa；当煤系原料入料时间为7~12h时，温度为420℃，焦化塔塔顶压力为1.0MPa；循环比为1.5；当煤系原料入料时间为12~48h时，焦化塔入塔温度为420~456℃，升温速度为1.2℃/h，焦化塔塔顶压力由1.0MPa缓慢降至0.8MPa，循环比为2；当煤系原料入料时间为48~50h时，焦化塔入塔温度为456~460℃，焦化塔塔顶压力由0.8MPa缓慢降至0.3MPa，循环比为3；当煤系原料入料时间为50~60h时，焦化塔入塔温度为460℃，焦化塔塔顶压力由0.3MPa缓慢降至0.04MPa，循环比为3。
油系原料的焦化反应根据油系原料入料时间在变温、变压和/或变循环比的条件下进行，具体为：当油系原料入料时间为0~4h时，焦化塔入塔温度为490℃，焦化塔塔顶压力为0.2~0.6MPa；当油系原料入料时间为4~7h时，焦化塔入塔温度由490℃将至470℃，降温速度为6.7℃/h，焦化塔塔顶压力为0.6MPa；当油系原料入料时间为7~12h时，焦化塔入塔温度为470℃，焦化塔塔顶压力为1.0MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为12~48h时，焦化塔入塔温度为470~490℃，升温速度为0.55℃/h，焦化塔塔顶压力由0.6MPa缓慢降至0.55MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为48~50h时，焦化塔入塔温度为490~495℃，焦化塔塔顶压力为0.55MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为50~60h时，焦化塔入塔温度为495℃，焦化塔塔顶压力由0.55MPa缓慢降至0.04MPa，循环比为1.5。工艺参数的优化是延迟焦化的主要问题，每一焦化塔在进料过程中由于温度、压力等因素是变化的，对延迟焦化的工艺参数进行优化后可以有效解决针状焦质量的均匀性。
本实施例的煤系原料生产针状焦延迟焦化方案和油系系原料生产针状焦延迟焦化方案分别见表1和表2：
表1 煤系原料生产针状焦延迟焦化方案
时间 h 0~4 4~7 7~12 12~48 48~50 50~60
入塔 温度 ℃ 450 450~420 降温速度 10℃/h 420 420~456 升温速度 1.2℃/h 456~460 460
塔顶压力MPa 0.2 逐渐升压 0.6 1.0 0.8 0.3 缓慢降压 0.04MPa/h
循环比 / / 1.5 2 3 3
表2 油系原料生产针状焦延迟焦化方案
时间 h 0~4 4~7 7~12 12~48 48~50 50~60
入塔 温度 ℃ 490 490~470 降温速度 6.7℃/h 470 470~490 升温速度 0.55℃/h 490~495 495
塔顶压力MPa 0.2 逐渐升压 0.6 0.6 0.55 0.55 缓慢降压 0.04MPa/h
循环比 / / 1.5 1.5 1.5 1.5
本实施例所得的油系产品分布为生焦47.56%、干气11.16%、热化气2.06%、汽油14.22%、柴油23.33%、蜡油0.29%，油系总收率为98.62%；煤系产品分布为生焦68%、干气2%、焦化轻油3.5%、焦化重油26%，煤系总收率为98.5%。

Claims (10)

1.一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，其特征在于，包括原料加热炉（5）、载气加热炉（19）、焦化塔A（8）、焦化塔B（16）、煤系分馏塔（12）和油系分馏塔（13），原料加热炉（5）的输入端通过原料进料管道（4）分别连接煤系原料进料支管（1）和油系原料进料支管（2），原料加热炉（5）的输出端连接原料输出管道（6），原料输出管道（6）通过四通阀A（7）与焦化塔A（8）和焦化塔B（16）连接；焦化塔A（8）的裂解气输出支管A（9）和焦化塔B（16）的裂解气输出支管B（10）通过四通阀B（11）连接煤系分馏塔（12）和油系分馏塔（13）；载气加热炉（19）的输入端连接载气进料管道（20），载气加热炉（19）的输出端连接载气输出管道（18），载气输出管道（18）分别连接载气输出支管A（17）、载气输出支管B（15）和载气输出支管C（14），载气输出支管A（17）通过四通阀A（7）与焦化塔A（8）和焦化塔B（16）连接，载气输出支管B（15）连接煤系分馏塔（12），载气输出支管C（14）连接油系分馏塔（13）。
2.根据权利要求1所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，其特征在于，焦炭塔A（8）和焦炭塔B（16）的输入端和输出端分别设有控制阀（3）。
3.根据权利要求2所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，其特征在于，煤系原料进料支管（1）和油系原料进料支管（2）上分别设有控制阀（3）。
4.根据权利要求1所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，其特征在于，载气加热炉（19）为管式加热炉。
5.根据权利要求1所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化系统，其特征在于，焦化塔A（8）和焦化塔B（16）的底部分别设有焦炭输出管道。
6.一种根据权利要求1-5任意所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采用外源载气将焦化塔A、焦化塔B、煤系分馏塔和油系分馏塔预热，煤系原料或油系原料分别经煤系原料进料支管和油系原料进料支管进入原料加热炉；
（2）加热后在变温、变压和/或变循环比的条件下进行焦化反应，计划焦化塔A生产油系针状焦，焦化塔B生产煤系针状焦，生焦周期均为60小时；
（3）当焦化塔A进料生产时，焦化塔B处于待用状态，焦化塔A进料时间达到60小时时切换进料，停止向焦化塔A进油系原料，开始向焦化塔B进煤系原料，焦化塔B开始生产煤系焦，焦化塔A经冷焦阶段后再水力除焦，当焦化塔A内焦炭清除完毕后，等待预热，开始下一个生产周期；
（4）从焦化塔A和焦化塔B出来的裂解气分别进入油系分馏塔和煤系分馏塔中进行分馏。
7.根据权利要求6所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化的方法，其特征在于，外源载气为焦化干气、蒸汽或惰性气体中的一种。
8.根据权利要求6所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化的方法，其特征在于，煤系原料的焦化反应根据煤系原料入料时间在变温、变压和/或变循环比的条件下进行，具体为：当煤系原料入料时间为0~4h时，焦化塔入塔温度为450℃，焦化塔塔顶压力为0.2~0.6MPa；当煤系原料入料时间为4~7h时，焦化塔入塔温度由450℃将至420℃，降温速度为10℃/h，焦化塔塔顶压力为0.6~1.0MPa；当煤系原料入料时间为7~12h时，温度为420℃，焦化塔塔顶压力为1.0MPa；循环比为1.5；当煤系原料入料时间为12~48h时，焦化塔入塔温度为420~456℃，升温速度为1.2℃/h，焦化塔塔顶压力由1.0MPa缓慢降至0.8MPa，循环比为2；当煤系原料入料时间为48~50h时，焦化塔入塔温度为456~460℃，焦化塔塔顶压力由0.8MPa缓慢降至0.3MPa，循环比为3；当煤系原料入料时间为50~60h时，焦化塔入塔温度为460℃，焦化塔塔顶压力由0.3MPa缓慢降至0.04MPa，循环比为3。
9.根据权利要求6所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化的方法，其特征在于，油系原料的焦化反应根据油系原料入料时间在变温、变压和/或变循环比的条件下进行，具体为：当油系原料入料时间为0~4h时，焦化塔入塔温度为490℃，焦化塔塔顶压力为0.2~0.6MPa；当油系原料入料时间为4~7h时，焦化塔入塔温度由490℃将至470℃，降温速度为6.7℃/h，焦化塔塔顶压力为0.6MPa；当油系原料入料时间为7~12h时，焦化塔入塔温度为470℃，焦化塔塔顶压力为1.0MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为12~48h时，焦化塔入塔温度为470~490℃，升温速度为0.55℃/h，焦化塔塔顶压力由0.6MPa缓慢降至0.55MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为48~50h时，焦化塔入塔温度为490~495℃，焦化塔塔顶压力为0.55MPa，循环比为1.5；当油系原料入料时间为50~60h时，焦化塔入塔温度为495℃，焦化塔塔顶压力由0.55MPa缓慢降至0.04MPa，循环比为1.5。
10.根据权利要求6所述的一种可分时生产煤系和油系针状焦的延迟焦化的方法，其特征在于，冷焦阶段具体为先从塔底部通入蒸汽，然后通入高压水，当塔内温度低于80℃后开塔盖，先开顶盖，后开底盖。
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