NO317829B1 - Fremgangsmate for forsinket forkoksing - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for forsinket forkoksing, ifølge kravinnledningen.

Forsinket forkoksing har vært praktisert i mange år. Prosessen omfatter i grove trekk termisk nedbryting av tunge flytende hydrokarboner for å produsere gass, flytende strømninger med forskjellige kokeområder, og koks.

Forkoksing av rester fra tunge, sure (høyt svovelinnhold) råoljer blir utført primært som et middel for å forbruke lawerdirester ved å omforme en del av restene til mer verdifulle væsker og gassprodukter. Den resulterende koks blir generelt behandlet som et lawerdi biprodukt, men koksen har anvendelse som brensel (brenselgrad), råstoff for produksjon av aluminiumoksid (regulær grad) eller anoder for stålproduksjon (premium-grad).

Bruken av tunge råoljer som har høyt metall- og svovelinnhold øker i mange raffinerier, og forsinkede forkoksingsoperasjoner er av økende viktighet for raffineriene. Det økende behov for å minimalisere luftforurensning er et ytterligere insitament for å beholde rester i et forsinket forkoksingsanlegg, siden forkoksingsanlegget produserer gass og væsker som har svovel i en form som kan relativt lett fjernes i eksisterende raffinerienheter.

I grunnprosessen for forsinket forkoksing som nå blir kommersielt praktisert, blir flytende råstoff innført til en fraksjonator. Fraksjonatorbunnene, inkludert resirkulert materiale, blir oppvarmet til forkoksingstemperatur i en forkoksingsovn for å frembringe varmt forkoksingsråstoff. Det varme råstoffet går så til en forkoksingstrommel som holdes ved forkoksingsforhold for temperatur og trykk, hvor det flytende råstoffet gjennombløtes i sin innholdte varme for å danne koks og flyktige komponenter. De flyktige komponentene blir gjenvunnet og returnert fraksjonatoren, hvor slike komponenter blir gjenvunnet som flytende produkter, når kokstrommelen er full av fast koks, blir matingen svitsjet til en annen trommel, og den fulle trommelen blir avkjølt og tømt ved konvensjonelle metoder.

Forskjellige modifikasjoner har vært gjort i grunnprosessen for forsinket forkoksing. For eksempel beskriver US 4 455 219 en forsinket forkoksingsprosess i hvilken et tyn-ningshydrokarbon ved et kokeområde som er lavere enn kokeområdet for tung resirkulering, blir erstattet for en del av den tunge resirkulering som normalt kombineres med det friske råstoffet til forkoksingsanlegget. Denne prosedyren resulterer i en forbedret forkoksingsprosess i hvilken øket væskeproduksjon blir oppnådd med en tilsvarende reduksjon i koksytelsen.

US 4 518 487, frembringer en ytterligere modifikasjon i prosessen for forsinket forkoksing ved å erstatte alle de tunge resirkulerte materialer med en uttynningshydrokarbonfraksjon med lavere kokeområde. Her er igjen resultatet en forbedret prosess for forsinket forkoksing, med øket væskeproduksjon og redusert koksytelse.

Enda en modifikasjon er beskrevet i US 4 661 241, som i et aspekt beskriver en enkeltpassasje forsinket forkoksingsprosess hvor råstoffet som benyttes i prosessen, inneholder verken tunge resirkulerte materialer eller fortynnere med lavere kokeområdet. Dette patentet beskriver imidlertid at uttynningsmaterialet kan tilsettes til utløpet fra forkoksingsovnen eller innføres i forkoksingstrommelen.

I grunnprosessen for forsinket forkoksing, og i de forskjellige modifikasjoner, beskrevet i US 4 455 219, US 4 518 487 og US 4 661 241, er en viktig faktor i bestemmelsen av mengden og typen av flytende produkter og mengden av koks som utformes, temperaturen av forkoksingsreaksjonene som finner sted i det flytende materiale i kokstrommelen. Generelt, jo høyere forkoksingstemperaturen, jo større er ytelsen av flytende produkter fra forkoksingsprosessen. En økning i væskeytelse blir fulgt av en reduksjon i koksytelse, hvilket er å foretrekke, siden koks er det minst verdifulle materiale som produseres i den forsinkede forkoksing av tunge restmaterialer. I fremgangsmåter ifølge tidligere teknikk, vil oppvarming av råstoffet til høyere temperaturer fremme forkoksing i ovnsrørene, å forårsake avstenging og forsinkelser for rengjøring av ovnen. I tidligere teknikk, forsøkte de som utfører forsinket forkoksing, å holde temperaturen av forkoksingsmaterialene som forlater forkoksingsovnen så høye som mulig, uten å overskride det temperaturnivå ved hvilket forkoksing ville oppstå i ovnsrørene. Slik for tidlig forkoksing plugger raskt rørene, og krever avstenging av ovnen til koksen kan fjernes. En således høyere temperatur ved forsinket forkoksing kan være ønskelig, har forkoksingsoperasjonene vært begrenset av den temperatur til hvilken forkoksingsmaterialene kan oppvarmes før deres innføring i kokstrommelen.

Tilleggsvarmeinngangen til kokstrommelen i en forsinket forkoksingsprosess oppnås ved å innføre i kokstrommelen et oppvarmet hydrokarbon ikke forkoksende fortynner med et tilstrekkelig varmeinnhold til å øke temperaturen i væsken i kokstrommelen som indikert ved kokstrommelens damptrykk på toppen av kokstrommelen. Den ikke forkoksende hydrokarbonfortynner kan innføres direkte til kokstrommelen eller den kan kombineres med forkoksingsovnens utløp før kokstrommelen eller begge. Oppvarming utføres separat fra forkoksingsovnens råstoffovn for å nå den høyere temperatur som er nødvendig for å øke totaltemperaturen i kokstrommelen.

I tillegg til å øke koksytelsen for typiske forkoksingsråstoff, tillates også prosessering av koksråstoff som er vanskelig og utilfredsstillende for forkoksingsoperasjoner på grunn av overdreven forkoksing i råstoffovnen. Eksempler på slikt tidligere vanskelig råstoff hvor koks ved lave temperaturer er parafiniske rester, tunge vakuumrester, deasfaltert bek, kraftknuser-bunnfall, og hydrokrakker-bunnfall. Den forsinkede forkoksingsmateovnen drives med tilstrekkelig lav temperatur til å minimalisere koksdannelse på ovnsrørene for å øke ovnens kjørelengde, mens man tillater at kokstrommelen opereres med høyere enn normal temperatur for å maksimalisere mer verdifulle væskeytelser og redusere mindre verdifulle koksytelser.

Tegningen viser et skjematisk flytdiagram av en forkoksingsenhet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Det henvises nå til figuren. Råstoffet blir innført i forkoksingsprosessen via linjen 1. Råstoffet, som kan være en råolje, vakuumrest, deasfaltert bek, kraftknuser-bunnfall, FCC slamoljer og liknende, blir oppvarmet i ovnen 2 til temperaturer som normalt er i området mellom omkring 440,6 °C og 593,3 °C, især i området mellom omkring 454,4 °C og 593,3 °C, fortrinnsvis mellom 482,2 °C og 523,9 °C. En ovn som varmer opp vakuumrester raskt til slike temperaturer blir normalt brukt. Vakuumrester, som kommer ut av ovnen ved i hovedsak de tidligere indikerte temperaturer, vil ført inn gjennom linjen 3 til bunnen av kokstrommelen 4. Kokstrommelen blir holdt ved et trykk på mellom omkring 68,9 kPa og 1 379,0 kPa, og virker ved en temperatur i området mellom omkring 426,7 °C og 537,8 °C, mer vanlig mellom omkring 437,8 °C og 510 °C. Inne i trommelen blir de tunge hydrokarboner i råstoffet termisk krakket til å danne krakkede damper og koks.

Forkoksings- og krakkingsreaksjonene i kokstrommelen finner sted i en dam av flytende vakuumrester eller andre forkoksende hydrokarboner. For å øke temperaturen av denne væsken og dermed redusere ytelsen av koks og øke ytelsen av andre produkter, blir en strøm av fortynnende ikke forkoksende hydrokarboner med tilstrekkelig høy temperatur til å heve .temperaturen av kokstrommelens innhold over det som blir oppnådd med forkoksingråstoffovnen, blir innført til kokstrommelen 4. Denne ikke forkoksende hydrokarbontynner har en høy temperatur som kan kombineres med ovnens utløpsråstoff gjennom linjene 5 og 3 (ikke vist), eller kan innføres direkte til kokstrommelen via linjene 5 og 6 som illustrert.

Den fortynnende ikke forkoksende hydrokarbon som brukes til å øke temperaturen i kokstrommelens væske kan være en individuell hydrokarbon eller hydrokarboner eller en jomfruelig ubehandlet hydrokarbon som har de nødvendige karakteristikker, men er vanligvis en hydrokarbon-fraksjon oppnådd som et produkt eller biprodukt av en petroleum-raffineringsprosess. Typiske fraksjoner brukt som ikke forkoksende tynnere er petroleumdestillater så som lett eller middels kokeområde gassoljer eller fraksjoner som koker i området av dieselbrensel. Uttrykket "ikke forkoksende tynner" betyr at tynneren generelt kommer ut av kokstrommelen i høyden, skjønt som fagfolk i forkoksingsteknikken vil forstå, vil mindre deler av disse tynneme danne koks. Kokeområdet for den tynner som benyttes er i det minste delvis lavere enn kokeområdet for det normalt tunge resirkuleringsmateriale som brukes i den konvensjonelle forsinkende forkoksingsprosess. Dette tunge resirkuleringsmateriale består primært av materiale som koker over 398,9 °C og i de fleste tilfeller over omkring 454,4 °C. Den typiske ikke forkoksende fortynner som blir brukt i prosessen har et kokeområde på mellom omkring 168,3 °C og 454,4 °C, mer vanlig fra 232,2 °C til 398,9 °C, og fortrinnsvis fra 265,6 °C til 343,3 °C. Mengden av ikke forkoksende fortynner som brukes vil avhenge av temperaturen av destillatet og økningen i forkoksingstemperaruren som er ønsket. Vanligvis vil tynnere bli innført i en mengde på mellom omkring 1,591 og 1591 av forkoksingsråstoff til kokstrommelen, og mer vanlig på mellom omkring 15,91 og 31,81 av ikke forkoksende hydrokarbontynner pr fat av forkoksingsråstoff, for å produsere en total kokstrommeltemperaturøkning på 0,56 °C til 27,8 °C, og fortrinnsvis 2,8 °C til 8,3 °C som målt ved kokstrommelens damptemperatur ved toppen av kokstrommelen.

Den ikke forkoksende hydrokarbontynner kan beleilig oppnås fra en ikke forkoksende hydrokarbontynner fra forkoksingsprosessen, for eksempel lett gassolje fra forkoksingsfraksjonatoren. Hvis den forsinkede forkoksingsenhet er en av mange enheter i et konvensjonelt petroleum-raffineri, kan ikke forkoksende hydrokarbontynnermateriale fra en eller flere av de øvrige enheter brukes.

Varmeinnholdet i den ikke forkoksende hydrokarbontynner som entrer kokstrommelen må være tilstrekkelig til å øke temperaturen av hydrokarbon og koks i kokstrommelen. På grunn av sitt kokeområde, vil ikke ikke forkoksende hydrokarbontynner oppnådd fra en raffineirngsenhet inneholde tilstrekkelig varme for direkte anvendelse i forkoksingsprosessen. Varmeinnholdet av en slik ikke forkoksende hydrokarbontynner blir økt til det ønskede nivå, enten ved varmeveksling eller mer vanlig ved oppvarming i en ovn. Ordinært vil ovnen som benyttes være en rørdestillator av den samme type som brukes for oppvarming av forkoksingsanleggets råstoff, skjønt valget av en slik ovn er en beleilighets-sak. Varmeinnholdet i den ikke forkoksende hydrokarbontynner, vanligvis en tynner, vil reflekteres ved dens temperatur, som kan være så høy som flere hundre grader over væsketemperaturen i kokstrommelen. Vanligvis, men ikke kritisk, vil den ikke forkoksende hydrokarbontynner bli innført i forkoksingsprosessen ved en temperatur på mellom omkring 5,6 °C og omkring 166,7 °C over kokstrommelens væsketemperatur eller er spesielt innført til kokeprosessen ved en temperatur mellom 5,6 °C og 111,1 °C over trommelens væsketemperatur, og i tilstrekkelig mengde til å heve den totale kokstrornmeltemperatur med minst 0,56 °C, især minst 5,6 °C og fortrinnsvis 2,8 °C til 5,6 °C som målt ved damptemperaturen på toppen av kokstrommelen. Mengden som brukes avhenger av temperaturen av tynneren når den entrer kokstrommelen, og dens ønskede økning i kokstrommelens temperatur.

Det henvises igjen til tegningen, krakkede damper blir kontinuerlig fjernet fra toppen av kokstrommelen 4 gjennom linjen 10. Koks samler seg i trommelen til den når et forutbestemt nivå, ved hvilket tidspunkt råstoffet til trommelen blir stengt av og svitsjet til den andre kokstrommelen 4a hvor den samme operasjon blir utført. Denne svitsjingen tillater at trommelen 4 tas ut av tjenesten, blir åpnet og den oppsamlede koks fjernet fra den ved bruk av konvensjonelle teknikker. Forkoksingssyklusen kan kreve mellom omkring 10 til omkring 60 timer, men blir vanligvis fullført på omkring 16 til 48 timer.

De damper som tas ut på toppen av kokstrommelen blir båret av linjen 10 til en fraksjonator 11. Som vist på tegningen, vil dampene typisk være fraksjonert i en C2 - C3 produktstrøm 12, en bensinproduktstrøm 13, en lett gassoljeporduktstrøm 14 og en forkoksingsenhet-tunggassolje tatt fra fraksjonatoren via linjen 15.

En del av forkoksingsenhetens tunge gassolje fra fraksjonatoren kan resirkuleres i et ønsket forhold til forkoksingsovnen gjennom linjen 16. Overskytende netto bunnfall kan gjennomgå konvensjonell rest-raffineirngsteknikk etter ønske.

Fersk koks fjernes fra kokstromlene 4 og 4a gjennom utløpene 17 og 17a, og innføres i en kalsineringsenhet 18 hvor den blir utsatt for høye temperaturer for å fjerne flyktige materialer og for å øke karbon til hydrogenforholdet i koksen. Kalsinering kan utføres ved temperaturer i området på mellom 1 093,3 °C og 1 648,9 °C, og fortrinnsvis mellom 1 315,6 °C og 1426,7 °C. Koksen blir holdt under kalsineringsforhold for mellom en og en halv time og tre timer. Kalsineringstemperaturen og tiden for kalsinering vil variere, avhengig av den ønskede densitet av koksen. Kalsinert premiumkoks som er egnet for fremstilling av store grafittelektroder blir trukket fra kalsineringsenheten gjennom utløpet 15.

Det ikke forkoksende tynnermateriale, som blir oppvarmet for å heve kokstrommelens temperatur, kan beleilig oppnås fra forkoksingsenhetens fraksjonator. For eksempel, den lette gassolje som forlater fraksjonatoren gjennom linjen 14 kan brukes for dette formål. Med et slikt valg, blir dette materiale i den ønskede mengde ført via linjen 7 til destillat-ovnen 18 hvor det blir oppvarmet til en temperatur som er tilstrekkelig til å øke varmeinnholdet i den ikke forkoksende tynner, for eksempel 500 °C. Den oppvarmede, ikke forkoksende tynner blir så innført til forkoksingsenheten gjennom linjen 5 som tidligere beskrevet, i en mengde som er tilstrekkelig til å oppnå den ønskede økning av temperaturen i væsken i kokstrommelen 4. Alternativt kan ikke forkoksende tynner oppnås fra andre kilder så som rafrmerienheter, og innføres i forkoksingsenheten via linjen 9. Tynner fra slike andre kiler kan utgjøre en del av eller all ikke forkoksende tynner som brukes i prosessen, som er beleilig og økonomisk.

Mens prosessen er beskrevet i detalj i dens anvendelser til konvensjonell forsinket forkoksingsprosess i hvilken tung gassolje blir resirkulert til forkoksingsenhetens mateovn, finner prosessen også anvendelse i andre forsinkede forkoksingsprosesser. For eksempel, den kan benyttes til å frembringe ytterligere reduksjon i koksfremstillingen i den prosess som er beskrevet i US 2 455 218 i hvilken tynner erstatter en del av det tunge resirkulerte materiale, i prosessen ifølge US 2 518 487 hvor alt det tunge resirkuleringsmateriale blir erstattet med en mengde destillat for effektivt å hindre koksbelegg og i enkeltpasseirngsprosessen ifølge US 4 661 241, hvor ikke noe resirkulert materiale blir benyttet. Prosessen finner spesiell anvendelse ifølge US 2 455 218 og US 2518 487.

Det følgende eksempel viser oppnådde resultater. Den reduserte koksytelse frembrakt ved prosessen er demonstrert i det følgende simulerte eksempel utledet fra et høyt utviklet forkoksingskonstruksjonsprogram. I dette eksemplet, ble tre kjøringer simulert ved bruk av identiske råstoff. I den første kjøring eller basistilfellet, ble konvensjonelt tungt destillat resirkulert materiale (5 deler for hver 100 deler friskt råstoff) brukt for en del av resirkuleringen, og resten av resirkuleringen (10 deler for hver 100 deler friskt råstoff) var et ikke forkoksende hydrokarbontynnermateriale med et kokeområde fra 168 °C til 343 °C.

I den andre kjøring ble de 10 deler av ikke forkoksende hydrokarbontynner ekskludert fra resirkuleringen, ble oppvarmet separat og kombinert med oppvarmet råstoff inneholdende 5 deler tungt destillat resirkulert materiale ut fra forkok-singsmatematerialovnen.

Den tredje kjøring var den samme som den første kjøring unntatt at en ytterligere mengde av ikke forkoksende hydrokarbontynner (10 deler for hver 100 deler av friskt råstoff) ble oppvarmet separat og så kombinert med oppvarmet råstoff inneholdende 5 deler tungt destillat resirkulert og 5 deler uttynnet resirkulert ut fra forkoksingsmatemterialeovn.

I hver av de tre kjøringene, ble et matemateriale med en API gravitet på 3,2, et Conradson karboninnhold på 23 % etter vekt, en karakteriseirngsfaktor "K" på 11,31 og et svovelinnhold på 3,05 % etter vekt, forkokset ved et trykk på 1,75 kg/cm<3> og den temperatur som er vist i den følgende tabell.

I kjøring nr. 2, ble den ikke forkoksende hydrokarbontynner oppvarmet til 498,9 °C før den ble kombinert med det oppvarmede råstoff pluss tungt destillat resirkulert. I kjøring nr. 3, ble separate ikke forkoksende hydrokarbontynner oppvarmet til 510 °C.

Produktfordelingen fra de tre kjøringene er vist i tabellen.

Eksempelet indikerer at omkring 1,84 % reduksjon i koksytelse (32,96 % mot 33, 58 %) blir resultatet når ikke forkoksende hydrokarbontynner blir fjernet fra resirkuleringen til forkoksingsenheten, oppvarmet separat til en høyere temperatur og innført i forkoksingstrommelen for å øke damptemperaturen i kokstrommelen. En større reduksjon i koksytelse (3,48 %) resulterer når en tilleggsmengde på ikke forkoksende hydrokarbontynner oppvarmes separat for å øke temperaturen ved toppen av kokstrommelen.

Liknende reduksjoner i koksytelse kan oppnås ved forskjellige operasjonsforhold og benyttelse av andre råstoff. Prosessen gir fleksibilitet i operasjonen for å møte markedsforhold som kan diktere variabel produktfordeling og minimum mengde av koksproduksjon.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for forsinket forkoksing hvor flytende forkoksingsmatemateriale oppvarmes til en forhøyet temperatur og tilføres en forkoksingstrommel under forsinkede forkoksingsforhold hvor det flytende råstoff oppnår en temperatur som er tilstrekkelig til å omforme råstoffet til krakkede damper, hvilke krakkede damper etter avkjøling blir kondensert til flytende produkter og koks, karakterisert ved å innføre i forkoksingstrommelen en ikke forkoksende hydrokarbontynner som har et varmeinnhold som er tilstrekkelig til å øke temperaturnivået i det flytende råstoffet i forkoksingstrommelen slik at flytende produkter fra forkoksingsprosessen økes og koksproduktet reduseres.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å øke temperaturen i kokstrommelens innhold med minst 0,56 °C, ved måling av damptemperaruren på toppen av kokstrommelen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at temperaturøkningen er minst 5,6 °C, ved måling av damptemperaruren på toppen av kokstrommelen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at et flytende produkt fra forkoksingsprosessen er tung gassolje som kan resirkuleres i det minste delvis til forkoksingsprosessen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved å kombinere forkoksingsråstoffet med en ikke forkoksende hydrokarbontynner som er et ikke forkoksende hydrokarbontynner med et kokeområde som er i det minste delvis, lavere enn kokeområdet for den tunge gassoljen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den ikke forkoksende hydrokarbontynner er i det minste delvis ett av de flytende produkter fra forkoksingstrommelen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den tunge gassoljen blir resirkulert til forkoksingsprosessen for å danne i det minste en del av den oppvarmede ikke forkoksende tynner.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den tunge gassolje og ikke forkoksende hydrokarbontynner blir resirkulert, i det minste delvis, som oppvarmet ikke forkoksende hydrokarbontynner til forkoksingsprosessen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at ingen resirkulering blir brukt i forkoksingsprosessen, og all oppvarmet ikke forkoksende hydrokarbontynner fremskaffes utenfor forkoksingsprosessen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor en tung flytende hydrokarbonolje blir oppvarmet til mellom 440,6 °C og 593,3 °C og innføres i en forkoksingstrommel hvor hydrokarbonoljen oppnår en temperatur på mellom 426,7 °C og 537,8 °C og et trykk på mellom 68,9 kPa og 1 379,0 kPa for å omforme råstoffet til damp som etter avkjøling blir kondensert i hovedsak til flytende produkter og koks, og hvor ett av de flytende produkter er en tung gassolje, hvorav i det minste en del blir resirkulert til prosessen, karakterisert ved at å innføre i forkoksingstrommelen en ikke forkoksende hydrokarbontynner som er blitt separat oppvarmet råstoffet for å gi et varmeinnhold som er tilstrekkelig til å øke temperaturen i de flytende hydrokarbonoljer i forkoksingstrommelen med minst 0,56 °C, slik at flytende produkter fra forkoksingsprosessen øker og koksproduksjonen reduseres.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at den ikke forkoksende hydrokarbontynner i det minste delvis fås fra ett av de flytende produkter fra forkoksingsprosessen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at den ikke forkoksende hydrokarbontynner blir oppvarmet til en temperatur mellom 5,6 °C og 166,7 °C over væskens temperatur i kokstrommelen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den ikke forkoksende hydrokarbontynner har et kokeområde som i det minste delvis er mindre enn kokeområdet for den tunge gassolje.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at kokeområdet for den ikke forkoksende hydrokarbontynner er mellom 168,3 °C og 454,4 °C.