焦炭鼓添加劑注入的制作方法
【專利說明】焦炭鼓添加劑注入
[0001]相關(guān)申請的交互參考
[0002]本申請依據(jù)35 U.S.C.§ 119(e)，要求2012年9月21日提交的序號為61/704，020的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，所述臨時申請在本文中以其全部內(nèi)容通過引用并入。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本文中公開的實(shí)施方式總體涉及石油焦化工藝和設(shè)備的領(lǐng)域。更具體地說，本文中公開的實(shí)施方式涉及焦炭的生產(chǎn)以及將添加劑注入焦炭鼓以提高焦化工藝的方法和設(shè)備。
[0004]發(fā)明背景
[0005]自從20世紀(jì)30年代中期以來，延遲焦化工藝已經(jīng)有了許多改進(jìn)?；旧希舆t焦化是半連續(xù)工藝，其中，重質(zhì)原料被加熱到高溫(900° F和1000° F之間)并轉(zhuǎn)移到大型焦化鼓。在所述焦化鼓中提供足夠的停留時間，以允許熱裂化和焦化反應(yīng)進(jìn)行到完成。重質(zhì)渣油進(jìn)料在所述鼓中熱裂化，以產(chǎn)生較輕質(zhì)的烴和固態(tài)石油焦。
[0006]所述焦化工藝產(chǎn)生的產(chǎn)物混合物可以受裂化溫度、包括加熱器出口條件和焦炭鼓條件的影響。這種技術(shù)最初的專利之一(美國專利N0.1, 831，719)公開了 “來自汽相裂化操作的熱蒸氣混合物在它的溫度下降到低于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溫度下被有效地引入所述焦化容器”。焦炭鼓中的“最高可能溫度”有利于所述重質(zhì)渣油的裂化，但是限制在于在加熱器和下游進(jìn)料管線中引發(fā)焦化以及烴蒸氣過度裂化為氣體(丁烷和更輕質(zhì)烴)。當(dāng)其他操作變量保持不變時，“最高可能溫度”通常將石油焦副產(chǎn)物中剩余的揮發(fā)性材料最小化。在延遲焦化中，石油焦中揮發(fā)性材料的下限通常由焦炭硬度決定。也就是說，揮發(fā)性材料<8wt%的石油焦通常過硬使得除焦周期中的鉆削時間延長得不合理。各種石油焦應(yīng)用具有要求石油焦副產(chǎn)物的揮發(fā)物含量〈12%的規(guī)格。因此，石油焦副產(chǎn)物中的揮發(fā)性材料通常具有8-12wt%的目標(biāo)范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]焦化工藝可以通過向焦化鼓添加各種添加劑來提高。例如，在一些實(shí)施方式中，添加劑可以用于影響焦炭的性質(zhì)(硬度、揮發(fā)物含量、燃燒性質(zhì)、焦炭結(jié)構(gòu)等)。在其他實(shí)施方式中，例如，添加劑可以用于提高焦炭收率、裂化烴產(chǎn)物的收率，或二者兼可。
[0008]在一個方面，本文中公開的實(shí)施方式涉及生產(chǎn)焦炭的方法。所述方法可以包括:將焦化原料加熱到焦化溫度以產(chǎn)生加熱的焦化原料；將所述加熱的焦化原料進(jìn)給到焦化鼓；向所述焦化鼓進(jìn)給焦化添加劑，例如至少一種加氫轉(zhuǎn)化或加氫裂化催化劑；并讓所述加熱的焦化原料在所述焦化鼓中進(jìn)行熱裂化以裂化所述焦化原料的一部分，從而產(chǎn)生裂化的蒸氣產(chǎn)物并產(chǎn)生焦炭產(chǎn)物。
[0009]在另一個方面，本文中公開的實(shí)施方式涉及生產(chǎn)焦炭的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以包括:加熱器，用于將焦化原料加熱到焦化溫度以產(chǎn)生加熱的焦化原料；焦化鼓，用于熱裂化所述加熱的焦化原料以產(chǎn)生裂化的蒸氣產(chǎn)物和焦炭產(chǎn)物；和焦化添加劑進(jìn)料口，用于向所述焦化鼓直接或間接引入包含至少一種加氫轉(zhuǎn)化或加氫裂化催化劑的焦化添加劑。
[0010]其他方面和優(yōu)點(diǎn)從以下的描述和所附的權(quán)利要求中將是清楚明了的。
【附圖說明】
[0011]圖1-3是根據(jù)本文中公開實(shí)施方式的焦化工藝和設(shè)備的簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在一個方面，本文中公開的實(shí)施方式總體上涉及石油焦化工藝和設(shè)備的領(lǐng)域。更具體地說，本文中公開的實(shí)施方式涉及焦炭的生產(chǎn)以及將焦化添加劑注入焦炭鼓以提高焦化工藝的方法和設(shè)備。所述焦化工藝可以通過向焦化鼓添加各種添加劑來改進(jìn)。例如，在一些實(shí)施方式中，添加劑可以用于影響焦炭的性質(zhì)(硬度、揮發(fā)物含量、燃燒性質(zhì)、焦炭結(jié)構(gòu)等)。在其他實(shí)施方式中，例如，添加劑可以用于提高焦炭收率、裂化烴產(chǎn)物的收率或二者兼可。裂化烴產(chǎn)物的收率可以通過例如向焦炭鼓添加流化催化裂化催化劑而增加。
[0013]現(xiàn)在參考圖1，其示出了根據(jù)本文中公開的實(shí)施方式的焦化工藝。焦化原料10被引入到焦化分餾塔12的底部，在其中它與從焦炭鼓塔頂蒸氣流14冷凝的烴合并。所生成的混合物16隨后經(jīng)過泵抽通過焦化加熱器18，在加熱器18中它被加熱到目標(biāo)焦化溫度，例如750° F和1250° F之間，引起所述焦化原料的局部汽化和輕度裂化。所述加熱的焦化原料20的溫度可以通過利用溫度傳感器24來測量和控制，所述溫度傳感器向控制閥26發(fā)送信號來調(diào)節(jié)在加熱器18中燃燒的燃料28的量。如果需要，水蒸氣或冷凝水/鍋爐給水30可以注入所述加熱器以減少管32中的焦炭形成。
[0014]所述加熱的焦化原料20可以從焦化加熱器18作為氣-液混合物回收，以進(jìn)給到焦化鼓36。如本領(lǐng)域所知，兩個或更多個鼓36可以平行使用，以在操作周期(焦炭生產(chǎn)、焦炭回收(除焦)、準(zhǔn)備下一個焦炭生產(chǎn)周期，重復(fù)操作)期間提供連續(xù)操作。控制閥38，例如四通控制閥，將所述加熱進(jìn)料轉(zhuǎn)向目標(biāo)焦化鼓36。在所述焦化鼓36中提供足夠的停留時間，以允許熱裂化和焦化反應(yīng)進(jìn)行到完成。以這種方式，所述氣-液混合物在所述焦化鼓36中熱裂化以產(chǎn)生較輕質(zhì)烴，其汽化并經(jīng)流程線40離開所述焦炭鼓。石油焦和一些殘余物(例如裂化烴)留在焦化鼓36中。當(dāng)所述焦化鼓36的焦炭足夠滿時，所述焦化周期結(jié)束。所述加熱的焦化原料20然后從第一焦化鼓36轉(zhuǎn)換到平行的焦化鼓，開始它的焦化周期。同時，在所述第一焦化鼓中開始除焦周期。
[0015]在所述除焦周期中，冷卻焦化鼓36的內(nèi)容物，除去剩余的揮發(fā)性烴，從所述焦化鼓鉆削或以其他方式除去焦，預(yù)備用于下一個焦化周期的焦化鼓36。焦炭的冷卻通常在三個不同的階段中發(fā)生。在第一階段，焦炭被冷卻并由水蒸氣或其他汽提介質(zhì)42汽提以經(jīng)濟(jì)最大化地去除所述焦炭中夾帶或以其他方式殘留的可回收烴。在冷卻的第二階段，注入水或其他冷卻介質(zhì)44以降低所述焦化鼓溫度，同時避免對所述焦化鼓的熱沖擊。來自這種冷卻介質(zhì)的汽化水還促進(jìn)額外可汽化烴的去除。在最后的冷卻階段，所述焦化鼓通過水或其他驟冷介質(zhì)46進(jìn)行驟冷，以將焦化鼓溫度迅速降低到對安全除焦有利的條件。所述驟冷完成之后，焦化鼓36的底蓋和頂蓋或滑動閥48、50分別被移除或打開。然后通過例如液壓噴水切割石油焦36，并從所述焦化鼓將除其去。在除焦之后，分別關(guān)閉所述焦化鼓蓋或滑動閥48、50，并且所述焦化鼓36被水蒸氣吹掃得不含空氣，預(yù)熱并在其它方面為下一個焦化周期做好準(zhǔn)備。
[0016]從焦化鼓36作為塔頂餾分40回收的較質(zhì)烴蒸氣隨后作為焦化蒸氣流14轉(zhuǎn)移到焦化分餾塔12，在其中將它們分離成兩種或更多種烴餾分并回收。例如，可以在目標(biāo)沸點(diǎn)溫度范圍下從分餾塔抽出重焦化瓦斯油(HCGO)餾分52和輕焦化瓦斯油(LCGO)餾分54。HCGO可以包括，例如，沸點(diǎn)在650-870° F范圍內(nèi)的烴。LCGO可以包括，例如，沸點(diǎn)在400-650° F范圍內(nèi)的烴。在一些實(shí)施方式中，還可以從焦化分餾塔12回收其他烴餾分，例如超重焦化瓦斯油(XHGCO)餾分56，其可以包括比HCGO更重質(zhì)的烴，和/或洗油餾分57。分餾塔塔頂流，焦化濕氣體餾分58，轉(zhuǎn)到分離器60，在其中它分離成干氣體餾分62、水/水性餾分64和石腦油餾分66。一部分石腦油餾分66可以作為回流68返回到所述分餾塔。
[0017]如上所述，向所述焦化鼓添加各種添加劑可以用于改善工藝性能。例如，焦化添加劑可以用于影響焦炭的性質(zhì)(硬度、揮發(fā)物含量、燃燒性質(zhì)、結(jié)晶(或非結(jié)晶)結(jié)構(gòu)等)，和/或用于提高焦炭收率、裂化烴產(chǎn)物收率或二者兼可。
[0018]與所述焦化添加劑相結(jié)合，焦化鼓36內(nèi)的材料溫度在整個焦炭形成階段可以用于控制焦炭結(jié)晶結(jié)構(gòu)的類型和焦炭中揮發(fā)性可燃材料的量。經(jīng)流程線40離開焦炭鼓的蒸氣的溫度因此可以是用于表示焦化工藝期間焦化鼓36內(nèi)材料溫度的重要的控制參數(shù)。例如，可以通過一種方式來控制條件以產(chǎn)生海綿狀焦炭、球狀焦炭、針狀焦炭或揮發(fā)性可燃材料(VCM)含量在約5至約50重量％范圍內(nèi)的其他各種焦炭，所述揮發(fā)性可燃材料含量通過ASTM D3175t 測量。
[0019]在一些實(shí)施方式中，所述焦化添加劑可以直接添加到焦化鼓36。例如，所述焦化添加劑可以分散到焦化鼓36的上部，例如通過進(jìn)料口、注入噴嘴、分配器或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他方式。以這種方式，所述添加劑可以與進(jìn)入焦化鼓36的蒸氣混合，與冷凝性組分一起沉降，由此所述添加劑與所述焦化進(jìn)料的相互作用產(chǎn)生目標(biāo)效果。作為另一個例子，所述焦化添加劑可以分散到所述焦化鼓36的下部，例如經(jīng)流程線74。
[0020]在其他實(shí)施方式中，所述焦化添加劑可以在向焦化鼓36進(jìn)給所述加熱的焦化進(jìn)料之前，與所述焦化進(jìn)料混合。例如，所述焦化添加劑可以在焦化鼓36和中間加熱器18或加熱器18的上游與所述進(jìn)料混合。正如所說明的，所述焦化添加劑可以經(jīng)流程線76進(jìn)給，并在接近焦化鼓36底蓋48的在焦化鼓36的上游處的流程管道20中立即與加熱的焦化進(jìn)料混合，例如在圖2和3中更詳細(xì)地示出，其中同樣的數(shù)字表示同樣的部分。
[0021 ] 向焦化鼓36的下部進(jìn)給流化催化裂化催化劑，例如經(jīng)流程線74或流程線76，可以提供超過向所述鼓的上部進(jìn)給所述催化劑的優(yōu)勢，盡管根據(jù)本文中的實(shí)施方式這兩者均可使用。例如，向所述鼓的頂部進(jìn)給所述催化劑，雖然具有有益的效果，但將所述催化劑引入到了具有高濃度較輕質(zhì)烴的反應(yīng)尾部，并且接近所述蒸氣和較輕質(zhì)烴離開所述焦化鼓的位置，并可能夾帶部分所述注入的催化劑且阻止所述催化劑全部到達(dá)反應(yīng)前沿。向所述鼓的底部進(jìn)給所述催化劑或與所述給料一起進(jìn)給，可以增加所述催化劑和所述烴的接觸時間，確保所述催化劑與進(jìn)給到