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?；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)進行到完成。重質(zhì)渣油進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給到焦化鼓；向所述焦化鼓進給焦化添加劑，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)本文中公開實施方式的焦化工藝和設(shè)備的簡圖。
【具體實施方式】
[0012]在一個方面，本文中公開的實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。例如，在一些實施方式中，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?？刂崎y38，例如四通控制閥，將所述加熱進料轉(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，沸點在650-870° F范圍內(nèi)的烴。LCGO可以包括，例如，沸點在400-650° F范圍內(nèi)的烴。在一些實施方式中，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]在其他實施方式中，所述焦化添加劑可以在向焦化鼓36進給所述加熱的焦化進料之前，與所述焦化進料混合。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給所述催化劑的優(yōu)勢，盡管根據(jù)本文中的實施方式這兩者均可使用。例如，向所述鼓的頂部進給所述催化劑，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反應(yīng)前沿。向所述鼓的底部進給所述催化劑或與所述給料一起進給，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給到