RU2186822C2

RU2186822C2 - Method of fluidized-bed coking

Info

Publication number: RU2186822C2
Application number: RU2000101277/04A
Authority: RU
Inventors: Дэвид Г. ХЭММОНД (US); Дэвид Г. Хэммонд; Митчелл ДЖЭКОБСОН (US); Митчелл Джэкобсон; Джон Ф. ПЭЙДЖЕЛ (US); Джон Ф. ПЭЙДЖЕЛ; Мартин Карл ПУЛ (US); Мартин Карл ПУЛ; Уиллибэлд СЕРРАНД (DE); Уиллибэлд СЕРРАНД; Роберт Чарльз ГРИН (US); Роберт Чарльз ГРИН; Ирвин Эндрю ВИХЕ (US); Ирвин Эндрю ВИХЕ
Original assignee: Эксонмобил Рисерч Энд Инджиниринг Компани
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: methods of fluidized-bed coking. SUBSTANCE: initial material in form of residue from oil straight line distillation is subjected to fluidized-bed coking. In this case, initial material, at the first state of process, is supplied to reactor for short-time contact of vapors with horizontal movable layer of fluidized hot particles to partially convert the initial material into low-boiling products. Carbon-containing material is precipitated on hot particles during contact of initial material with these hot particles and product is obtained in vapor phase. Hot particles containing precipitated carbon-containing material is supplied to the second stage of treatment-reactor for fluidized-bed coking where partially converted initial material is subjected to coking. Further on, it is supplied to desorption zone and to burner with combustion zone with fluidized solid particles for partial combustion of carbon-containing material with obtaining of heat for heating of particles to temperature exceeding the temperature of coking zone. After that, a part of heated particles is supplied from combustion zone to reactor for short-time contact of vapors. EFFECT: higher efficiency of method. 7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к усовершенствованному способу коксования в псевдоожиженном слое, в котором исходный материал, который и представляет собой остаток от прямой перегонки нефти, вводят на первую стадию, включающую реактор для краткосрочного контакта паров, который содержит горизонтальный подвижный слой псевдоожиженных горячих частиц. Материал, содержащий углерод, осаждается на горячих частицах при контакте с горячими частицами, а продукт получают в виде пара. Горячие частицы, содержащие осажденный углерод, подают на второй этап обработки - коксование в псевдоожиженном слое. The invention relates to an improved method of coking in a fluidized bed, in which the starting material, which is the remainder from the direct distillation of oil, is introduced into the first stage, which includes a reactor for short-term contact of the vapor, which contains a horizontal movable bed of fluidized hot particles. The carbon-containing material is deposited on the hot particles in contact with the hot particles, and the product is obtained in the form of steam. Hot particles containing deposited carbon are fed to the second processing step — coking in the fluidized bed.

Несмотря на то, что нефтеперерабатывающие заводы производят различные продукты, наиболее нужными являются бензин, применяемый в качестве топлива для транспортных средств, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей, а также легкое топливо коммунально-бытового назначения, причем все эти продукты являются объемными и стоят дорого. В то время как легкое топливо коммунально-бытового назначения не является топливом для транспортных средств, углеводородные компоненты этого топлива являются взаимозаменяемыми с дизельным топливом и топливом для реактивных двигателей, отличаясь главным образом добавками. Таким образом, основной задачей нефтеперерабатывающих заводов является преобразование как можно большего количества сырой нефти в топливо для транспортных средств, поскольку оно является наиболее выгодным с экономической точки зрения. Качество сырой нефти снижается при увеличении содержания серы и металлов, а также при повышении плотности. Более высокая плотность означает, что большее количество сырой нефти будет закипать при температуре около 560^oС и поэтому будет содержать более высокие уровни кокса по Конрадсону и/или металлических компонентов. Исторически такой высококипящий материал или остатки от прямой перегонки нефти использовались в качестве тяжелого дизельного топлива, но в последнее время спрос на это тяжелое дизельное топливо снизился в связи с ужесточением требований по охране среды. Поэтому нефтеперерабатывающие заводы стремятся перерабатывать всю сырую нефть в более ценные низкокипящие продукты.Despite the fact that oil refineries produce various products, the most needed are gasoline used as fuel for vehicles, diesel fuel and jet engine fuel, as well as light household fuel, all of which are voluminous and expensive . While light fuel oil for household purposes is not a fuel for vehicles, the hydrocarbon components of this fuel are interchangeable with diesel fuel and jet engine fuel, differing mainly in additives. Thus, the main objective of oil refineries is the conversion of as much crude oil as possible to fuel for vehicles, since it is the most economically advantageous. The quality of crude oil decreases with an increase in the content of sulfur and metals, as well as with an increase in density. A higher density means that more crude oil will boil at a temperature of about 560 ^{° C.} and therefore will contain higher levels of Conradson coke and / or metal components. Historically, such high-boiling material or residues from direct distillation of oil have been used as heavy diesel fuel, but recently the demand for this heavy diesel fuel has decreased due to stricter environmental protection requirements. Therefore, refineries seek to process all crude oil into more valuable low boiling products.

Коксование в настоящее время является главным способом, применяемым в нефтепереработке для преобразования тяжелых исходных материалов, таких как нефтяные остатки, в более ценные низкокипящие продукты, но обычно применяемый в этом способе режим является слишком жестким для того, чтобы можно было получать оптимальные количества бензина и дистиллятов без образования нежелательно больших количеств кокса и легких газов. Желательно перед коксованием перегонять или выпаривать летучие материалы из нефтяных остатков, чтобы получать более высокий выход нужного топлива для транспортных средств. Coking is currently the main method used in oil refining to convert heavy feedstocks, such as oil residues, into more valuable low-boiling products, but the mode commonly used in this method is too harsh to be able to produce optimal amounts of gasoline and distillates without the formation of undesirable large quantities of coke and light gases. It is advisable to distill or evaporate volatile materials from oil residues before coking in order to obtain a higher yield of the required fuel for vehicles.

Два типа коксования наиболее часто применяются в промышленности - замедленное коксование и коксование в псевдоожиженном слое. При замедленном коксовании нефтяной остаток нагревают в печи и пропускают в большие барабаны, температура в которых поддерживается на уровне от около 415 до 540^oС. В течение длительного времени, пока остаток находится в барабане при таких температурах, нефтяной остаток преобразуется в кокс. Жидкие продукты отбирают из верха колонны в виде "бензина коксования", "газойля коксования" и газа. Типичные установки для коксования в псевдоожиженном слое обычно включают реактор коксования и горелку. Исходные нефтепродукты подают в реактор коксования, содержащий слой псевдоожиженных горячих твердых частиц, предпочтительно кокса, и равномерно распределяют по поверхности указанных частиц кокса, где происходит крекинг нефтепродуктов, до получения паров и материала, содержащего углерод, который осаждается на частицах. Пары проходят через циклонные установки, где удаляется большинство унесенных частиц кокса. Затем пары подают в скруббер, где удаляют оставшиеся частицы кокса, и продукты охлаждают, чтобы произошла конденсация тяжелых жидкостей. Полученный шлам, который обычно содержит от около 1 до около 3 мас.% частиц кокса, подвергают рециркуляции и возвращают в зону коксования.Two types of coking are most commonly used in industry - delayed coking and fluidized bed coking. During delayed coking, the oil residue is heated in an oven and passed into large drums, the temperature of which is maintained at a level of about 415 to 540 ^° C. For a long time, while the residue is in the drum at such temperatures, the oil residue is converted to coke. Liquid products are taken from the top of the column in the form of "coking gas", "coking gas oil" and gas. Typical fluidized bed coking plants typically include a coking reactor and a burner. The starting petroleum products are fed to a coking reactor containing a bed of fluidized hot solid particles, preferably coke, and are evenly distributed on the surface of said coke particles, where the petroleum products are cracked, to produce vapors and a material containing carbon that is deposited on the particles. Vapors pass through cyclone plants where most of the entrained coke particles are removed. The vapors are then fed to a scrubber, where the remaining coke particles are removed, and the products are cooled to allow condensation of heavy liquids. The resulting slurry, which usually contains from about 1 to about 3 wt.% Coke particles, is recycled and returned to the coking zone.

Частицы кокса в зоне коксования идут вниз до зоны десорбции, которая расположена внизу реактора коксования, где десорбирующий газ, такой как водяной пар, используют для удаления паров промежуточного продукта, которые находятся в частицах кокса или между ними, а также для удаления некоторых адсорбированных жидкостей из частиц кокса. Затем частицы кокса идут вниз в стояк, а затем в стакан для прохода паров, с помощью которого пары перемещают в горелку, где вдувается достаточное количество воздуха для сгорания по меньшей мере части кокса, а оставшуюся часть кокса нагревают до температуры, достаточной для зоны коксования, где несгоревший горячий кокс подвергается рециркуляции. Чистый кокс сверх того, который был израсходован в горелке, удаляют в качестве конечного продукта. Coke particles in the coking zone go down to the desorption zone, which is located at the bottom of the coking reactor, where a stripping gas, such as water vapor, is used to remove intermediate product vapors that are in or between the coke particles, and also to remove some adsorbed liquids from particles of coke. Then the coke particles go down to the riser, and then into the glass for passage of vapors, by means of which the vapors are transferred to the burner, where enough air is blown to burn at least part of the coke, and the rest of the coke is heated to a temperature sufficient for the coking zone, where unburned hot coke is recycled. Pure coke in excess of that which has been consumed in the burner is removed as the final product.

Несмотря на то, что коксование в псевдоожиженном слое нашло широкое применение в промышленности, все равно существует потребность в создании таких промышленных способов, которые позволят повысить выход жидких продуктов, поднять качество этих жидких продуктов или добиться и того и другого. Despite the fact that coking in the fluidized bed has found wide application in industry, there is still a need to create such industrial methods that will increase the yield of liquid products, improve the quality of these liquid products, or achieve both.

В соответствии с настоящим изобретением предложен состоящий из двух этапов способ преобразования исходного материала, который представляет собой тяжелые углеводороды и в котором содержание кокса по Конрадсону составляет, по меньшей мере, около 5 мас.%, в низкокипящие продукты; причем указанный способ включает в себя следующие этапы:
(а) частично преобразуют исходный материал в низкокипящие продукты путем подачи исходного материала на первый этап, который осуществляют в одном или нескольких реакторах для краткосрочного контакта паров, содержащих горизонтальный подвижный слой псевдоожиженных горячих частиц, причем в указанных реакторах при контакте исходного материала с горячими частицами получают продукты в паровой фазе, а углеродсодержащий материал осаждается на горячих частицах, причем указанный первый этап осуществляют
(i) при температуре от около 450 до около 700^oС;
(ii) в таких условиях, которые обеспечивают независимое управление временем прерывания в реакторе твердых частиц и временем пребывания там паров, причем время пребывания паров составляет менее 2 с и время пребывания твердых частиц составляет от около 5 до около 60 с;
(б) осуществляют последующее преобразование указанного частично преобразованного исходного материала в низкокипящие продукты в ходе второго этапа, включающего в установку для коксования в псевдоожиженном слое, которая включает в себя реактор коксования и горелку, причем указанный реактор коксования содержит зону коксования, зону скруббера, расположенную выше зоны коксования и предназначенную для сбора продуктов в паровой фазе, и зону десорбирования, расположенную ниже зоны коксования и предназначенную для отделения углеводородов от частиц, проходящих вниз из зоны коксования, причем этот второй этап осуществляют следующим образом:
(i) пропускают продукт в паровой фазе, полученный на первом этапе, через указанную зону скруббера в установке для коксования в псевдоожиженном слое, где увлеченные потоком частицы удаляют, а продукты преобразования собирают в верхнем погоне;
(ii) собирают из зоны скруббера поток легких продуктов, средняя температура кипения которых равна или ниже около 510^oС;
(iii) собирают из зоны скруббера поток продукта, средняя температура кипения которого выше, чем около 510^oС;
(iv) пропускают полученные на первом этапе частицы, на которых осажден углеродсодержащий материал, в зону коксования, находящуюся в установке для коксования в псевдоожиженном слое ниже зоны десорбирования, где углеводороды десорбируют при помощи десорбирующего гaзa;
(v) пропускают часть указанных отделенных твердых частиц из зоны десорбирования в горелку, включающую в себя зону сжигания, которая состоит из слоя псевдоожиженных твердых частиц и температура в которой превышает на 40-200^oС температуру в зоне коксования, для частичного сжигания углеродсодержащего материала, находящегося на этих частицах, посредством чего нагревают указанные частицы до температуры, превышающей температуру в зоне коксования;
(vi) повторно направляют, по меньшей мере, часть нагретых частиц из зоны сжигания в указанный реактор для краткосрочного контакта, используемый на первом этапе.In accordance with the present invention, there is provided a two-step process for converting a starting material that is a heavy hydrocarbon and wherein the Conradson coke content is at least about 5% by weight into low boiling products; moreover, the specified method includes the following steps:
(a) partially transforming the starting material into low-boiling products by supplying the starting material to the first stage, which is carried out in one or more reactors for short-term contact of vapors containing a horizontal moving bed of fluidized hot particles, and in said reactors, when the starting material comes into contact with hot particles products in the vapor phase, and the carbon-containing material is deposited on hot particles, and the specified first stage is carried out
(i) at a temperature of from about 450 to about 700 ^o C;
(ii) under conditions that provide independent control of the interruption time of the particulate matter in the reactor and the vapor residence time therein, wherein the vapor residence time is less than 2 s and the particulate matter residence time is from about 5 to about 60 s;
(b) carry out the subsequent conversion of the specified partially converted starting material into low-boiling products during the second stage, which includes a coking unit in a fluidized bed, which includes a coking reactor and a burner, wherein said coking reactor contains a coking zone, a scrubber zone located above the coking zone and intended for collecting products in the vapor phase, and the stripping zone located below the coking zone and designed to separate hydrocarbons from particles passing down from the coking zone, and this second stage is as follows:
(i) passing the product in the vapor phase obtained in the first step through the specified zone of the scrubber in the coking unit in the fluidized bed, where the entrained particles are removed, and the conversion products are collected in the overhead;
(ii) collecting from the scrubber zone a stream of light products whose average boiling point is equal to or lower than about 510 ^° C;
(iii) collecting from the scrubber zone a product stream whose average boiling point is higher than about 510 ^° C;
(iv) the particles obtained in the first step are passed, on which the carbon-containing material is deposited, into the coking zone located in the coking unit in the fluidized bed below the stripping zone, where hydrocarbons are stripped with a stripping gas;
(v) a part of said separated solid particles is passed from the stripping zone to the burner, which includes a combustion zone, which consists of a bed of fluidized solid particles and a temperature in which exceeds in the range of 40-200 ^° C the temperature in the coking zone, for partial combustion of the carbon-containing material, located on these particles, whereby these particles are heated to a temperature higher than the temperature in the coking zone;
(vi) re-directing at least a portion of the heated particles from the combustion zone to said short-term contact reactor used in the first step.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в зону коксования вводят дополнительный исходный материал, содержащий тяжелые углеводороды. In a preferred embodiment, additional starting material containing heavy hydrocarbons is introduced into the coking zone.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения часть горячих частиц из горелки пропускают в зону коксования установки для коксования в псевдоожиженном слое. In yet another preferred embodiment of the invention, a portion of the hot particles from the burner is passed into the coking zone of the fluidized bed coking unit.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения исходный материал представляет собой остаток вакуумной нефтеперегонки, а установка для коксования в псевдоожиженном слое содержит зону коксования, зону нагрева и зону газификации, причем твердые частицы из зоны нагрева повторно используют в зоне коксования, а также твердые частицы из зоны нагрева повторно используют в зоне газификации, в которой температура составляет от около 870 до около 1100^oС.In a further preferred embodiment, the starting material is a vacuum refining residue, and the fluidized bed coking unit comprises a coking zone, a heating zone and a gasification zone, the solid particles from the heating zone being reused in the coking zone, as well as the solid particles from the zone heating reuse in the gasification zone, in which the temperature is from about 870 to about 1100 ^o C.

Единственный прилагаемый чертеж представляет собой схематичный план предпочтительного варианта осуществления изобретения, которым не ограничиваются рамки изобретения. На этом чертеже показан применяемый на первом этап реактор с горизонтальным подвижным слоем для краткосрочного контакта паров, за которым следует применяемая на втором этапе установка для коксования в псевдоожиженном слое. Установка для коксования в псевдоожиженном слое, изображенная на этом чертеже, содержит реактор коксования, нагреватель и газификатор. Следует учитывать, что установка для коксования в псевдоожиженном слое также может состоять только из реактора коксования и горелки. The only accompanying drawing is a schematic plan of a preferred embodiment of the invention, which is not limited to the scope of the invention. The drawing shows the horizontal moving bed reactor used in the first stage for short-term vapor contact, followed by the fluidized bed coking unit used in the second stage. The fluidized bed coking unit shown in this drawing comprises a coking reactor, a heater and a gasifier. It should be borne in mind that the coking unit in the fluidized bed can also consist only of a coking reactor and a burner.

Подходящие исходные материалы, содержащие тяжелые углеводороды и применяемые в рамках настоящего изобретения, включают высоковязкие нефтепродукты, тяжелую и отбензиненную нефть; остатки от разгонки при атмосферном давлении; остатки от разгонки под вакуумом или нефтяные остатки; пек; асфальт; битум; другие тяжелые углеводородные остатки; битуминозный песок; сланцевую смолу; уголь; угольную пульпу; жидкие продукты, полученные в результате сжижения угля, включая остатки сжижения угля; и их смеси. Такие исходные материалы обычно имеют содержание кокса по Конрадсону по меньшей мере в 5 мас. %, обычно от около 5 до 50 мас.%. Относительно остатков кокса по Конрадсону см. ASTH Test D189-165. Предпочтительно, чтобы исходный материал представлял собой нефтяной остаток от вакуумной разгонки. Suitable starting materials containing heavy hydrocarbons and used in the framework of the present invention include high viscosity oil products, heavy and topped oil; residues from distillation at atmospheric pressure; residues from vacuum stripping or oil residues; pitch; asphalt; bitumen; other heavy hydrocarbon residues; tar sand; shale resin; coal; coal pulp; liquid products from coal liquefaction, including coal liquefaction residues; and mixtures thereof. Such starting materials typically have a Conradson coke content of at least 5 wt. %, usually from about 5 to 50 wt.%. For Conradson coke residues, see ASTH Test D189-165. Preferably, the starting material is an oil residue from vacuum distillation.

Типичная загрузка нефтяного исходного материала, пригодная для осуществления настоящего изобретения, будет иметь следующие состав (мас. %) и свойства:
Кокс по Конрадсону - 5-40
Сера - 1,5-8
Водород - 9- 11
Азот - 0,2-2
Углерод - 80-86
Металлы м.д. - 1-2000
Температура кипения, ^oC - 340-650
Удельная плотность, ^oAPI - -10-35
Далее обратимся к единственному чертежу, прилагаемому к настоящей заявке, на котором показано как исходный материал, содержащий тяжелые углеводороды, с относительно высоким содержанием кокса по Конрадсону и/или металлов, частично преобразуют в низкокипящие продукту на первом этапе, в ходе которого исходный материал подают по трубопроводу 10 в реактор 1 для краткосрочного контакта паров, причем реактор содержит горизонтальный подвижный слой псевдоожиженных горячих частиц, которые поступают из нагревателя 3 по трубопроводу 42. Желательно, чтобы псевдоожижение частиц в реакторе для краткосрочного контакта паров осуществлялось с помощью механических средств. Псевдоожижение частиц можно осуществить при помощи газа, такого как водяной пар, при использовании механических средств, а также паров, что приводит к испарению части исходного материала. Предпочтительно, чтобы механические средства представляли собой механическую смесительную систему, которая обеспечивает относительно высокую эффективность смешивания при незначительном осевом смешении. Такая смесительная система действует как система потока идеального вытеснения, причем характер потока обеспечивает практически одинаковое время пребывания в зоне обработки для всех частиц. Наиболее предпочитаемым механическим смесителем является смеситель компании "Lurgi AG" из Германии под названием "LR-Mixe" или "LR-Flash Coker", который был изначально создан для переработки битумного сланца, угля и битуминозного песка. Смеситель "LR-Mixer" состоит из двух горизонтально ориентированных вращающихся шнеков, которые способствуют псевдоожижению частиц. Несмотря на то, что желательно, чтобы частицы представляли собой частицы кокса, они могут быть частицами любого другого огнеупорного материала. Не ограничивающие примеры подходящих огнеупорных материалов включают материалы, выбранные из группы, в которую входят кремнезем, глинозем, диоксид циркония, оксид магния или муллит, искусственно полученный или природный материал, такой как пемза, глина, кизельгур, диатомовая земля, боксит и т.п. Твердые частицы будут иметь средние размеры от около 40 до 1000 мкм, предпочтительно от около 50 до 500 мкм.A typical petroleum feed material charge suitable for carrying out the present invention will have the following composition (wt.%) And properties:
Conradson Coke - 5-40
Sulfur - 1.5-8
Hydrogen - 9-11
Nitrogen - 0.2-2
Carbon - 80-86
Metals ppm - 1-2000
Boiling point, ^o C - 340-650
Specific Gravity, ^o API - -10-35
Next, we turn to the only drawing attached to this application, which shows how the starting material containing heavy hydrocarbons with a relatively high content of coke according to Konradson and / or metals is partially converted into low-boiling product in the first stage, during which the starting material is fed through pipeline 10 into the reactor 1 for short-term contact of the vapor, and the reactor contains a horizontal movable layer of fluidized hot particles that come from the heater 3 through the pipe 42. It is desirable so that the fluidization of particles in the reactor for short-term contact of the vapor was carried out by mechanical means. The fluidization of the particles can be carried out using a gas, such as water vapor, using mechanical means, as well as vapor, which leads to the evaporation of part of the source material. Preferably, the mechanical means is a mechanical mixing system, which provides a relatively high mixing efficiency with little axial mixing. Such a mixing system acts as a perfect displacement flow system, and the nature of the flow provides almost the same residence time in the treatment zone for all particles. The most preferred mechanical mixer is the Lurgi AG mixer from Germany under the name LR-Mixe or LR-Flash Coker, which was originally created for the processing of bitumen shale, coal and tar sand. The mixer "LR-Mixer" consists of two horizontally oriented rotating augers, which contribute to the fluidization of particles. Although it is desirable that the particles are particles of coke, they can be particles of any other refractory material. Non-limiting examples of suitable refractory materials include materials selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia, magnesium oxide or mullite, artificially produced or natural material such as pumice, clay, kieselguhr, diatomaceous earth, bauxite, etc. . The solid particles will have average sizes of from about 40 to 1000 microns, preferably from about 50 to 500 microns.

Когда исходный материал контактирует с горячими твердыми частицами, которые предпочтительно имеют температуру от около 590 до около 760^oС, еще лучше 650-700^oС, то большая часть исходного материала испаряется. Время пребывания пара в термической зоне 1 для краткосрочного контакта должно быть таким, чтобы не произошел вторичный крекинг. Этот период времени обычно составляет менее чем около 2 с, предпочтительно менее 1 с, еще лучше менее чем около 0,5 с. Та часть подаваемого материала, которая не испаряется немедленно при контакте с горячими частицами, будет образовывать тонкую пленку на частицах, где происходит реакция крекинга. Это приводит к образованию дополнительных продуктов в паровой фазе, а небольшое количество углеродсодержащего материала осаждается на горячих частицах. Время пребывания твердых частиц в реакторе для краткосрочного контакта паров будет составлять от 5 до 60 с, предпочтительно от около 10 до 30 с. Один из новых аспектов, предлагаемых в рамках настоящего изобретения, состоит в том, что временем пребывания частиц в реакторе для краткосрочного контакта с испарением и временем пребывания там продуктов в паровой фазе управляют независимо друг от друга. Большинство процессов с использованием слоя псевдоожиженных частиц разработано таким образом, что временем пребывания твердых частиц и временем прерывания паров невозможно управлять независимо, особенно при относительно краткосрочном времени пребывания паров в реакторе. Желательно, чтобы реактором для краткосрочного контакта паров можно было управлять таким образом, чтобы соотношение твердых частиц и подаваемого материала составляло приблизительно 10: 1, предпочтительно 5:1. Следует учитывать, что точное отношение твердых частиц к подаваемому материалу будет зависеть, в первую очередь, от теплового баланса в реакторе для краткосрочного контакта. Специалисты в данной области в состоянии установить связь между отношением нефть/твердые частицы и тепловым балансом, поэтому этот вопрос здесь далее раскрываться не будет. Небольшое количество исходного материала будет осаждаться на частицах в форме горючего углеродсодержащего материала. Металлические компоненты также будут осаждаться на частицах. Соответственно испарившаяся часть продукта, которая выходит из термоустановки 1 через трубопровод 11, будет намного меньше содержать и кокса по Конрадсону и металлов по сравнению с изначально поданным материалом. Этот первый этап в сочетании со вторым этапом коксования в псевдоожиженном слое позволяет получить более высокий выход жидких продуктов и снижает выход газов и кокса по сравнению с одним коксованием в псевдоожиженном слое.When the starting material is in contact with hot solids, which preferably have a temperature of from about 590 to about 760 ^{° C.} , even better, 650-700 ^{° C.} , most of the starting material evaporates. The steam residence time in thermal zone 1 for short-term contact should be such that secondary cracking does not occur. This time period is usually less than about 2 s, preferably less than 1 s, even better less than about 0.5 s. That part of the feed material that does not evaporate immediately upon contact with hot particles will form a thin film on the particles where the cracking reaction occurs. This leads to the formation of additional products in the vapor phase, and a small amount of carbon-containing material is deposited on hot particles. The residence time of the solid particles in the reactor for short-term vapor contact will be from 5 to 60 s, preferably from about 10 to 30 s. One of the new aspects proposed in the framework of the present invention is that the residence time of the particles in the reactor for short-term contact with evaporation and the residence time of the products therein in the vapor phase are controlled independently of each other. Most processes using a bed of fluidized particles are designed in such a way that the residence time of solids and the vapor interruption time cannot be controlled independently, especially with a relatively short residence time of the vapor in the reactor. It is desirable that the reactor for short-term contact of the vapors can be controlled so that the ratio of solid particles to the feed material is approximately 10: 1, preferably 5: 1. It should be borne in mind that the exact ratio of solid particles to the feed material will depend, first of all, on the heat balance in the reactor for short-term contact. Specialists in this field are able to establish a relationship between the ratio of oil / solid particles and heat balance, so this issue will not be further discussed here. A small amount of starting material will be deposited on the particles in the form of a combustible carbon-containing material. Metal components will also deposit on particles. Accordingly, the evaporated part of the product, which leaves the thermal installation 1 through the pipe 11, will contain much less Conradson coke and metals compared to the originally supplied material. This first stage in combination with the second stage of coking in the fluidized bed allows to obtain a higher yield of liquid products and reduces the yield of gases and coke in comparison with a single coking in the fluidized bed.

И поток продукта в виде паров и твердые частицы переходят на второй этап - этап коксования в псевдоожиженном слое, через трубопроводы 11 и 15 соответственно, попадая в пространство 13 между верхом слоя псевдоожиженных частиц 14 в реакторе коксования 2 и скруббером 25. Поток твердых частиц идет вниз через реактор 2, проходит зону десорбирования 17 и попадает в нагреватель 3. Поток продукта в виде паров проходит через циклонную систему 20, где удаляют увлеченные этим потоком частицы и возвращают их в слой псевдоожиженных твердых частиц через сифон 22. Поток легких продуктов, состоящий из пара и фракций с температурой кипения ниже 510^oС, охлаждают в верхнем погоне с помощью трубопровода 28. Поток тяжелых продуктов фракции, температура кипения которой выше 510^oС, собирают с помощью трубопровода 26, и по меньшей мере часть этого потока повторно направляют в реактор 1 для краткосрочного контакта с паром через трубопровод 27.And the product stream in the form of vapors and solid particles go to the second stage - the coking stage in the fluidized bed, through pipelines 11 and 15, respectively, falling into the space 13 between the top of the bed of fluidized particles 14 in the coking reactor 2 and the scrubber 25. The flow of solid particles goes down through the reactor 2, the stripping zone 17 passes and enters the heater 3. The vapor stream passes through the cyclone system 20, where particles entrained in this stream are removed and returned to the bed of fluidized solid particles through a siphon 22. otok light products consisting of steam and fractions with a boiling point below 510 ^o C, cooled in overhead via conduit 28. The flow of the heavy fraction products having a boiling point above 510 ^o C, collected via conduit 26, and at least a portion this stream is re-routed to reactor 1 for short-term contact with steam through line 27.

Установка для коксования в псевдоожиженном слое может представлять собой обычную установку, применяемую для коксования в псевдоожиженном слое, и ее конкретная конфигурация не играет решающей роли для целей настоящего изобретения. Для иллюстрации показана установка для коксования в псевдоожиженном слое, состоящая из реактора коксования, нагревателя и газификатора. В общем и целом работа установки для коксования происходит следующим образом: поток загружаемых тяжелых углеводородов пропускают через трубопроводы 10а и 27 в зону коксования 12 реактора коксования 2, причем зона коксования содержит слой псевдоожиженных твердых частиц или так называемых затравочных частиц, верхний уровень которых обозначен номером 14. Ожижающий газ, например пар, подводят к основанию реактора коксования 2 через трубопровод 16 в зону десорбирования 17 реактора коксования в количестве, достаточном для того, чтобы частицы верхнего слоя двигались со скоростью, обеспечивающей образование псевдоожиженного слоя. Такая скорость обычно находится в диапазоне от около 0,5 до 5 футов/с (от 0,1524 до 1,524 м/с.). Часть разложившегося исходного материала образует свежий кокс или углеродсодержащий материал - слой на горячих псевдоожиженных частицах. Твердые частицы частично отделяют от свежего кокса и окклюдированных углеводородов в зоне десорбирования 13 при помощи десорбирующего газа, предпочтительно водяного пара, и пропускают через трубопровод 18 в нагреватель 3, который действует при температуре, превышающей реальную рабочую температуру в зоне коксования на величину от около 40 до 200^oС, предпочтительно, от около 65 до 175^oС, еще лучше - от около 65 до 120^oС.The fluidized bed coking unit may be a conventional fluidized bed coking unit, and its specific configuration is not critical for the purposes of the present invention. To illustrate, a fluidized bed coking unit is shown consisting of a coking reactor, a heater, and a gasifier. In general, the operation of the coking unit is as follows: the stream of charged heavy hydrocarbons is passed through pipelines 10a and 27 to the coking zone 12 of the coking reactor 2, and the coking zone contains a layer of fluidized solid particles or so-called seed particles, the upper level of which is indicated by number 14 A fluidizing gas, such as steam, is led to the base of the coking reactor 2 through a conduit 16 to the stripping zone 17 of the coking reactor in an amount sufficient to th layer moving at a speed that ensures the formation of a fluidized bed. This speed is typically in the range of about 0.5 to 5 ft / s (0.1524 to 1.524 m / s). Part of the decomposed starting material forms fresh coke or a carbon-containing material — a layer on hot fluidized particles. The solid particles are partially separated from fresh coke and occluded hydrocarbons in the stripping zone 13 by means of a stripping gas, preferably water vapor, and passed through a pipe 18 to the heater 3, which operates at a temperature from about 40 to higher than the actual operating temperature in the coking zone 200 ^o C, preferably from about 65 to 175 ^o C, even better, from about 65 to 120 ^o C.

Давление в зоне коксования поддерживают в диапазоне от около 0 до 150 фунтов на кв.дюйм (от 0 до 1034,214 кПа), предпочтительно в диапазоне от 5 до 45 фунтов на кв.дюйм (34,4738 - 310,2642 кПа). Продукты преобразования, полученные из реактора для краткосрочного контакта паров и из зоны коксования, пропускают через циклонную систему 20 реактора коксования для удаления унесенных твердых частиц, которые затем возвращают в зону коксования через сифон 22. Пары выходят из циклонной установки через трубопровод 24 и проходят в скруббер 25, которым содержит зону десорбирования вверху реактора коксования. При желании поток тяжелых материалов, конденсированных в скруббере, можно отправить на переработку либо в реактор 1 для краткосрочного контакта паров, либо в реактор коксования 2 через трубопроводы 26 и 27 соответственно. Продукты преобразования кокса удаляют из скруббера 25 через трубопровод 28 для фракционирования, которое осуществляют обычным путем. The pressure in the coking zone is maintained in the range of about 0 to 150 psi (0 to 1034.214 kPa), preferably in the range of 5 to 45 psi (34.4738 - 310.2642 kPa). The conversion products obtained from the reactor for short-term contact of the vapors and from the coking zone are passed through the cyclone system 20 of the coking reactor to remove entrained solids, which are then returned to the coking zone via a siphon 22. Vapors exit the cyclone through line 24 and pass into the scrubber 25, which contains a stripping zone at the top of the coking reactor. If desired, the flow of heavy materials condensed in the scrubber can be sent for processing either to reactor 1 for short-term vapor contact or to coking reactor 2 through pipelines 26 and 27, respectively. Coke conversion products are removed from the scrubber 25 through a fractionation line 28, which is carried out in the usual way.

В нагревателе 3 десорбированный кокс из зоны десорбирования 17 реактора коксования 2 (холодный кокс) вводят через трубопровод 18 в слой псевдоожиженного горячего кокса, верхний уровень которого показан под номером 30. Этот слой частично нагревают, пропуская остаточный газ в нагреватель через трубопровод 32. Дополнительное тепло подают в нагреватель при помощи кокса, который циркулирует из газификатора 4 по трубопроводу 34. Поток газа из нагревателя, включая увлеченные твердые частицы, проходит через циклонную систему, которая может представлять собой первую циклонную установку 36 и вторую циклонную установку 38, при этом происходит отделение более крупных увлеченных потоком частиц. Отделенные частицы возвращают в нагреватель через соответствующие циклонные сифоны 39. Поток нагретого газа, содержащий увлеченные твердые частицы, выводят из нагревателя 3 через трубопровод 40. In the heater 3, desorbed coke from the stripping zone 17 of the coking reactor 2 (cold coke) is introduced through line 18 into the bed of fluidized hot coke, the upper level of which is shown at number 30. This layer is partially heated by passing the residual gas into the heater through line 32. Additional heat served in the heater using coke, which circulates from the gasifier 4 through a pipe 34. The gas stream from the heater, including entrained solid particles, passes through a cyclone system, which may represent the first cyclone unit 36 and the second cyclone unit 38, and larger particles entrained by the flow are separated. The separated particles are returned to the heater through the corresponding cyclone siphons 39. A heated gas stream containing entrained solid particles is removed from the heater 3 through a conduit 40.

Как указывалось ранее, горячий кокс удаляют из псевдоожиженного слоя нагревателя 3 и возвращают в реактор 1 для краткосрочного контакта паров через трубопровод 42, затем в реактор коксования 2 с целью обеспечить подачу тепла и к реактору для краткосрочного контакта паров и к реактору коксования. Следует учесть, что часть горячего кокса можно также направить непосредственно в зону коксования 12. Другую часть кокса удаляют из нагревателя 3 и по трубопроводу 44 подают в зону газификации 46 в газификаторе 4, где также обеспечивают создание слоя псевдооженных твердых частиц до уровня, обозначенного номером 48. При желании поток выдуваемого кокса можно удалить из нагревателя 3 по трубопроводу 50. As mentioned earlier, hot coke is removed from the fluidized bed of heater 3 and returned to reactor 1 for short-term vapor contact through line 42, then to coking reactor 2 in order to provide heat to both the short-term vapor contact reactor and the coking reactor. It should be noted that part of the hot coke can also be sent directly to the coking zone 12. Another part of the coke is removed from the heater 3 and fed through the pipe 44 to the gasification zone 46 in the gasifier 4, where a layer of pseudo-solid particles is also created to the level indicated by number 48 If desired, the flow of blown coke can be removed from the heater 3 via line 50.

В зоне газификации поддерживают температуру от 870 до 1100^oС и давление от 0 до около 150 фунтов на кв. дюйм (от 0 до 1034,214 кПа), предпочтительно в диапазоне от 25 до 45 фунтов на кв.дюйм (172,369-310,2642 кПа). Пар, подаваемый через трубопровод 52, и кислородсодержащий газ, такой как воздух, промышленный кислород или воздух, обогащенный кислородом, идущим по трубопроводу 54, подают по трубопроводу 56 в газификатор. В результате взаимодействия частиц кокса в зоне газификации с паром и кислородсодержащим газом получают водород и остаточный газ, содержащий окись углерода. Полученный газ, который может содержать некоторое количество увлеченных твердых частиц, удаляют из верхней части газификатора 4 через трубопровод 32 и подают в нагреватель 3, чтобы обеспечить часть требуемого тепла, как описано выше.In the gasification zone, a temperature of from 870 to 1100 ^{° C.} and a pressure of from 0 to about 150 psi are maintained. inch (0 to 1034.214 kPa), preferably in the range of 25 to 45 psi (172.369-310.2642 kPa). Steam supplied through conduit 52 and an oxygen-containing gas such as air, industrial oxygen, or oxygen enriched air through conduit 54 are fed through conduit 56 to a gasifier. As a result of the interaction of coke particles in the gasification zone with steam and an oxygen-containing gas, hydrogen and residual gas containing carbon monoxide are obtained. The resulting gas, which may contain a certain amount of entrained solid particles, is removed from the upper part of the gasifier 4 through line 32 and fed to the heater 3 to provide part of the required heat, as described above.

Как указано выше, несмотря на то, что настоящее изобретение иллюстрирует промышленная установка, содержащая реактор коксования, нагреватель и газификатор, изобретение может осуществляться также с использованием установки для коксования в псевдоожиженном слое, содержащей только реактор коксования и горелку. Обе эти установки коксования в псевдоожиженном слое хорошо известны специалистам и поэтому нет необходимости подробно описывать входящие в них узлы, такие как компрессоры, насосы, а также различные параметры и т.п. As indicated above, although the present invention illustrates an industrial installation comprising a coking reactor, a heater and a gasifier, the invention can also be carried out using a coking unit in a fluidized bed containing only a coking reactor and a burner. Both of these fluidized bed coking units are well known to those skilled in the art and therefore there is no need to describe in detail the components included in them, such as compressors, pumps, as well as various parameters, etc.

Claims

1. A method of converting a starting material, which is a heavy hydrocarbon with a Conradson coke content of at least about 5 wt.%, Into low boiling products in a coking unit in a fluidized bed that contains a coking reactor and a burner, wherein the coking reactor contains a coking zone, a scrubber zone located above the coking zone for collecting products in the vapor phase and a stripping zone located below the coking zone for desorbing hydrocarbons from particles passing down from coking process, characterized in that the starting material is preliminarily partially converted into low boiling products by feeding the starting material into one or more reactors for short-term vapor contact, which contain a horizontal movable bed of fluidized hot particles in contact with the starting material at a temperature of from about 450 to about 700 ^o With obtaining products in the vapor phase and carbon-containing material deposited on hot particles in such conditions that provide independent control the residence time of the solid particles in the reactor and the residence time of the vapors there, the residence time of the vapors being less than 2 s and the residence time of the solid particles being from about 5 to about 60 s, then the products in the vapor phase are passed into the scrubber zone in the coking unit a fluidized bed, where the particles entrained by the flow are removed, and the conversion products are taken to the top of the scrubber, from where a stream of light products, the average boiling point of which is about 510 ^o C or lower, and the flow of products, media whose temperature is higher than about 510 ^o C, and the hot particles obtained in the reactor for short-term contact of the vapors with the carbon-containing material deposited on them are fed to the coking zone of the installation, and then to the stripping zone, where hydrocarbons are stripped using a stripping gas, after which particles are fed into a burner containing a combustion zone, including a bed of fluidized solid particles, in which the temperature exceeds the temperature in the coking zone by a value of from 40 to 200 ^o With for partial combustion of carbon-containing m material on these particles to produce heat to heat the particles to a temperature higher than the temperature of the coking zone, after which at least a portion of the heated particles from the combustion zone is fed to the reactor for short-term contact of the vapors.

2. The method according to claim 1, characterized in that a portion of the heated particles from the burner is diverted to the coking zone.

3. The method according to claim 1, characterized in that the vapor residence time in the reactor for short-term vapor contact is less than 1 s.

4. The method according to claim 1, characterized in that the starting material is a residue from vacuum distillation of oil.

5. The method according to claim 3, characterized in that the residence time of the solid particles in the reactor for short-term contact of the vapors is from about 10 to 30 seconds.

6. The method according to claim 1, characterized in that the reactor for a short-term contract of vapors contains a mechanical means by which the particle fluidization process is carried out.

7. The method according to claim 6, characterized in that the mechanical means includes a set of horizontal screws located inside the specified reactor for a short-term contract of vapors.