一种富含胶状沥青状组分的宽馏分烃料的加热炉的制作方法
【专利摘要】一种富含胶状沥青状组分的宽馏分烃料的加热炉，特别适合于用作全馏分中低温煤焦油的加热炉，其加热后物料排出辐射段出口的压力为0.03～0.13MPa通常为0.05～0.10MPa、温度为350～370℃通常为355～365℃，辐射室排管为立式，排管之间用急弯弯头连接，向加热炉炉管入口的煤焦油和或向加热炉炉管中间位置的煤焦油注入蒸汽或水，其特征在于管道内流速大于70米/秒通常大于100米/秒，工艺流体在其主体温度大于330℃的后部炉管区间的停留时间通常小于6秒、一般小于4秒、最好小于2秒。本发明可以有效避免炉管结焦，延长加热炉连续运转周期，延长中低温煤焦油分馏系统的连续运转周期。
【专利说明】一种富含胶状沥青状组分的宽馏分烃料的加热炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料的加热炉；特别地讲，本发明涉及一种包含中低温煤焦油浙青组分的宽馏分中低温煤焦油的加热炉；更特别地讲，本发明涉及一种全馏分中低温煤焦油的加热炉，其加热后物料排出辐射段出口的压力为
0.03~0.15MPa通常为0.05~0.lOMPa、温度为350~370°C通常为355~365°C，辐射室排管为立式，排管之间用急弯弯头连接，向加热炉炉管入口的煤焦油和或向加热炉炉管中间位置的煤焦油注入蒸汽或水，其特征在于管道内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于70米/秒通常大于100米/秒，工艺流体在其主体温度大于330°C的后部炉管区间的停留时间通常小于6秒、一般小于4秒、最好小于2秒。本发明可以有效避免炉管结焦，延长加热炉连续运转周期，延长中低温煤焦油分馏系统的连续运转周期。
【背景技术】
[0002]以下描述现有的全馏分中低温煤焦油分馏塔的进料加热炉，在全馏分中低温煤焦油的分馏塔系统，煤焦油被分离为塔底煤浙青和脱除煤浙青的轻馏分。
[0003]根据全馏分中低温煤焦油热裂化实验，常压下，大约在425~435°C，中低温煤焦油发生初次快速热裂解产生缩合物同时释放大量气体，部分缩合物附着容器的内壁，因此必须严格控制中低温煤焦油的加热炉炉管最高内壁温度TH低于某一规定值比如425°C，工业装置操作中通常 规定加热炉炉管最高内壁温度TH低于410°C以保留15°C的安全温距，这样中低温煤焦油在未结焦的加热炉炉管内的最高温度将被加热炉炉管内壁油膜滞留层的厚度和油膜成分具有的导热系数所决定。比如，分馏塔要求炉管出口介质条件为绝对压力为0.lOMPa、温度为360°C，这样炉管内壁油膜滞留层的温差只能小于50°C，也就是说炉管内壁油膜滞留层均匀或更薄且各处油膜的温差都小于50°C才能满足安全生产而不会结焦。如果炉管内壁油膜滞留层的温差大于50°C，则只能是通过降低操作压力或降低操作温度来补偿，由于工业上降低操作压力存在下限，所以通常只能是通过降低操作温度来补偿但是导致煤浙青产率提高而轻馏分收率降低。
[0004]对于全馏分中低温煤焦油分馏塔的进料加热炉，炉管内的介质具有两大特点--第一是包含大量易缩合或易结焦组分如烯烃、酚类、稠环芳烃、胶质浙青质，超过安全限定温度后会产生大量缩合物并附着在炉管内表面；第二是全馏分中低温煤焦油的沸程宽且沸点越高组分的热缩合速度越快，中低温煤焦油的升温过程既是低粘度轻组分的蒸发过程也是液相胶状浙青状组分的浓缩过程，也就说靠近炉管的出口段的工艺流体中的液相为高粘度易缩合胶质浙青质的高浓度液相。这些特点，是石油基重油加热炉比如石油基渣油延迟焦化加热炉的炉管内的工艺流体加热过程所不具备的，因为中低温煤焦油的胶状浙青状组分活性高、氢含量极低而极易缩合结焦，而石油基重油加热炉比如石油基渣油延迟焦化加热炉的炉管内的工艺流体，在常压下，大约在475~505°C通常在485~495°C才会开始缩合结焦。
[0005]现有的工业化的全馏分中低温煤焦油分馏塔的进料加热炉，大多数存在炉管易结焦、操作周期短的问题，约3~4个月就需要清焦即烧焦，或者采用更换结焦炉管的方法缩短清焦时间，因此，延缓结焦、延长操作周期具有显著的工业价值。由于炉管结焦量由生焦速度CPV、生焦时间CPT、焦剥落速度⑶V决定，以下主要通过分析这三个指标的控制方式提出全馏分中低温煤焦油分馏塔的进料加热炉降低结焦量的方法。
[0006]炉管内液体结焦的动力学前提是液体接触高温位的炉管内壁，本文所述接触液体的炉管内壁，指的是炉管内液体滞流膜与炉管内壁之间形成的接触面，是一种动态的接触面或结合面，因此接触液体的炉管内壁可以是未结焦的炉管金属内壁表面或已经附着结焦层的炉管内壁结焦层的表面；炉管内壁已经附着的结焦层可以是连续的或不连续的；炉管内壁附着的结焦层可以产生、扩展或脱落。
[0007]本文将炉管内壁温度超过生焦初始温度CFT的炉管内部区域的工艺介质停留时间定义为生焦时间CPT。
[0008]本文将炉管内壁焦的脱落速度定义为焦剥落速度CDV，主要由工艺流体的流动态状态决定。
[0009]本文将炉管内焦的生成速度定义为生焦速度CPV，主要由炉管内壁的生焦区面积CS和与管内壁生焦区接触的液体的单位面积生焦速度KCPV联合决定。与管内壁生焦区接触的液体的单位面积生焦速度KCPV属于液相的热缩合结焦特性，由液相组成决定，液相中高粘度易缩合胶质浙 青质的浓度越高则单位面积生焦速度KCPV越大。
[0010]现有的全馏分中低温煤焦油的加热炉，其辐射段炉管安装方式有两种即水平式和垂直式，其中常用的布置方案为水平式，水平式包括水平盘管和水平卧管。
[0011]现有的全馏分中低温煤焦油的加热炉，其辐射段炉管安装方式多数为水平式者，技术来源是借鉴延迟焦化装置的焦炭塔的进料加热炉及运行经验，然而存在如下缺点，导致结焦速度快，连续运转周期短:
[0012]①加热炉炉管的高温段水平管中炉管径向截面内壁上的液相沉降不均匀，导致炉管内壁的底部快速结焦:加热炉炉管的高温段水平管中，由于轻组分的蒸发和水蒸气的存在，高温、低压下的汽相密度与液相密度比值很小即气体对液体的携带力小，因此重力对液滴形成下沉效应比较显著，这些液滴撞击在炉管底部的内壁上时，由于这些液滴中的胶状浙青状组分极性强、粘度大、活性强易热缩合，会在炉管底部的内壁上聚集形成相对厚的液膜，液膜厚度的增加意味着传热阻力增大，炉管底部金属内壁温度将升高，从而加剧炉管底部厚液层接触金属内壁一侧的液膜的缩合结焦速度，一旦形成结焦附着区，液滴中的极性强、粘度大、活性强易热缩合的胶状浙青状组分将以此为粘附结焦基地扩展该结焦附着区，而结焦区的炉管底部金属内壁温度将进一步升高，上述过程逐步发展的过程就是炉管内壁的结焦过程，也就是增大了炉管内壁的生焦区面积CS和与管内壁生焦区接触的液体的单位面积生焦速度KCPV，增大了炉管内壁的宏观生焦速度CPV ;对结焦炉管解体后的观察也证实了上述机理大体是符合实际的；
[0013]②高粘度液体流动速度小导致停留时间长，延长了原料中重组分的生焦时间CPT ；
[0014]③焦或生焦前驱物的剥落能力不均匀，炉管底部内壁焦或生焦前驱物的剥落能力差:炉管底部形成的胶状浙青状的液相聚集层，因为粘度高、缩合物对炉管的附着力强，故很难被流体主流冲击脱离金属内壁而被主流体携带，故炉管底部内壁焦或生焦前驱物的焦剥落速度CDV低；
[0015]④即使提高管内介质流体流速，由于无法消除地球重力的影响，故无法彻底克服前面三个缺点。
[0016]现有的全馏分中低温煤焦油的加热炉，其辐射段炉管安装方式少数为垂直式者，存在流速低的缺点:其辐射段炉每根炉管都穿过辐射室的最高辐射区，工业生产表明，极易结焦，原因在于介质流速通常低于45米/秒。由于炉管内流体主流速度低，从而延长了生焦时间CPT;由于炉管内流体主流速度低，炉管内壁的滞流膜厚度大，导致传热阻力大，这样导致炉管金属内壁温度的升高，从而提高了生焦速度CPV;由于炉管内流体主流速度低，流体主流对炉管内壁附着的焦或生焦前驱物的剥落能力小，即焦剥落速度CDV小。
[0017]为了解决上述问题，本发明一种全馏分中低温煤焦油的加热炉的技术构想是:其加热后物料排出辐射段出口的压力为0.03~0.13MPa通常为0.05~0.lOMPa、温度为350~370°C通常为355~365°C ;辐射室排管为立式，排管之间用急弯弯头连接，向加热炉炉管入口的煤焦油和或向加热炉炉管中间位置的煤焦油注入蒸汽或水，其特征在于炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速通常大于70米/秒、一般大于100米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间通常小于6秒、最好小于2秒。工业运转表明，按照本发明设计的全馏分中低温煤焦油的加热炉，可以有效降低炉管结焦，通常延长加热炉连续运转周期一倍以上，有效延长了中低温煤焦油分馏系统的连续运转周期，降低了清焦成本，类似的技术未见报道。
[0018]因此，本发明的第一目的在于提出一种富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料的加热炉；本发明的第二目的在于提出一种包含中低温煤焦油浙青组分的宽馏分中低温煤焦油的加热炉；本发明的第三 目的在于提出一种全馏分中低温煤焦油的加热炉。
[0019]对于富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料，本发明均可应用。
【发明内容】
[0020]本发明一种富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料的加热炉，其特征在于:富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，通过加热炉炉管加热升温，其加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.20MPa、温度为350~380°C;辐射室排管为立式，排管之间用急弯弯头连接，向加热炉炉管入口的烃料HDS和或向加热炉炉管中间位置的管内介质注入蒸汽或水，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于70米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间通常小于6秒。
[0021]富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，可以是包含中低温煤焦油浙青组分的宽馏分中低温煤焦油，可以是全馏分中低温煤焦油。
[0022]加工宽馏分中低温煤焦油时，本发明加热炉的操作条件一般为:加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.15MPa、温度为350~370°C ;炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于100米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间小于4秒。
[0023]加工宽馏分中低温煤焦油时，本发明加热炉的操作条件较佳者为:加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.lOMPa、温度为350~365°C ;炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于150米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间小于2秒。
[0024]本发明加热炉的炉管直径通常为为65~150毫米、一般为为80~125毫米。
[0025]本发明加热炉的炉管材料为Cr9Mo或TP316L。
[0026]本发明加热炉加工的富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，选自下列物料中的一种或几种:
[0027]①低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0028]②中温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0029]③高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0030]④煤液化过程所得煤液化油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0031]⑤页岩油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0032]⑥石油砂基重油或其热加工过程所得油品；
[0033]⑦乙烯裂解焦油；
[0034]⑧石油基蜡油热裂化焦油；
[0035]⑨石油基重油热加工过程所得油品，热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程；
[0036]⑩其它芳烃含量高的富含胶状浙青状组分的烃油。
【具体实施方式】
[0037]以下详细描述本发明。
[0038]本发明所述的压力，指的是绝对压力。
[0039]本发明所述的常规沸点指的是物质在一个大气压力下的汽、液平衡温度。
[0040]本发明所述的常规沸程指的是馏分的常规沸点范围。
[0041]本发明所述的石脑油指的是常规沸点低于180°C的常规液体烃。
[0042]本发明所述的柴油组分指的是常规沸点为180~355°C的烃类。
[0043]本发明所述的蜡油组分指的是常规沸点为355~490°C的烃类。
[0044]本发明所述的重油组分指的是常规沸点高于350°C的烃类。
[0045]本文所说的稠环芳烃的芳环数大于5，而多环芳烃的芳环数为3~5。
[0046]本发明所述的组分的组成或浓度或含量或收率值，除非特别说明，均为重量基准值。
[0047]本发明所述的比重，除非特别说明，指的是常压、15.6°C条件下液体密度与常压、15.6 °C条件下水 密度的比值。
[0048]本发明所述的常规气体烃，指的是常规条件下呈气态的烃类，包括甲烷、乙烷、丙烧、丁烧。
[0049]本发明所述的常规液体烃，指的是常规条件下呈液态的烃类，包括戊烷及其沸点更高的烃类。
[0050]本发明所述的杂质组分，指的是原料油中非烃组分的加氢转化物如水、氨、硫化
氢、氯化氢等。
[0051]本发明所述煤焦油，指的是来自煤热解或煤干馏或煤造气过程的热解步骤等过程的煤焦油或其馏分，可以是煤造气的副产物低温煤焦油或其馏分，也可以是煤炼焦煤热解过程(包括低温炼焦、中温炼焦、高温炼焦过程)副产物煤焦油或其馏分，本发明所述煤焦油还可以是上述煤焦油的混合油，本发明所述煤焦油还可以是上述煤焦油经轻质烃溶剂抽提所获得的抽提油比如脱浙青煤焦油或其馏分油。
[0052]高温炼焦属于煤高温热解过程，热解过程的最终温度一般大于900°C，通常在1000~1400°C之间。所述高温煤焦油指的是煤高温热解制取焦炭和/或城市煤气过程生产的副产物粗焦油。高温煤焦油在初级蒸馏过程，通常生产以下产品:轻油(拔顶焦油)、酚油、萘油、轻质洗油、重质洗油、轻质蒽油、重质蒽油、浙青等产品，酚油可进一步分离为粗酚和脱酚油，萘油可进一步分离为粗萘和脱萘油。本发明所述高温煤焦油轻馏分指的是:蒽油、洗油、萘油、脱萘油、酚油、脱酚油、轻油及其混合油。
[0053]由于原煤性质和炼焦或造气工艺条件均在一定范围内变化，煤焦油的性质也在一定范围内变化。煤焦油初级蒸馏过程的工艺条件和产品要求也在一定范围内变化，故煤焦油轻馏分的性质也在一定范围内变化。煤焦油轻馏分的性质，比重通常为0.92~1.25，常规沸点一般为60~500°C通常为120~460°C，通常金属含量为5~80PPm、硫含量为0.4~0.8%、氮含量为0.6~1.4%、氧含量为0.4~9.0%，通常水含量为0.2~5.0%，残炭含量通常为0.5~13%。
[0054]通常煤焦油轻馏分的烯烃含量高、酚含量高并含有较多在缓和条件下易反应的组分，因此，本发明所述的煤焦油轻馏分的预加氢过程，通常使用加氢保护剂、烯烃加氢饱和剂、加氢脱氧剂、加氢脱硫剂等的单剂或双剂或多剂的串联组合或混装组合。
[0055]煤焦油重馏分特别是煤浙青馏分，其金属含量高、胶质含量高、浙青质含量高，因此，本发明所述的煤焦油重馏分的预加氢过程，通常使用加氢保护剂、加氢脱金属剂、加氢脱硫剂等的单剂或双剂或多剂的串联组合或混装组合
[0056]以下详细描述本发明的特征部分。
[0057]本发明一种富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料的加热炉，其特征在于:富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，通过加热炉炉管加热升温，其加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.20MPa、温度为350~380°C;辐射室排管为立式，排管之间用急弯弯头连接，向加热炉炉管入口的烃料HDS和或向加热炉炉管中间位置的管内介质注入蒸汽或水，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于70米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间通常小于6秒。
[0058]富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，可以是包含中低温煤焦油浙青组分的宽馏分中低温煤焦油，可以是全馏分中低温煤焦油。
[0059]加工宽馏分中低温煤焦油时，本发明加热炉的操作条件一般为:加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.15MPa、温度为350~370°C ;炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于100米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间小于4秒。
[0060]加工宽馏分中低温煤焦油时，本发明加热炉的操作条件较佳者为:加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.lOMPa、温度为350~365°C ;炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于150米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间小于2秒。
[0061] 本发明加热炉的炉管直径通常为为65~150毫米、一般为为80~125毫米。[0062]本发明加热炉的炉管材料为Cr9Mo或TP316L。
[0063]本发明加热炉加工的富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，选自下列物料中的一种或几种:
[0064]①低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0065]②中温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0066]③高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0067]④煤液化过程所得煤液化油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0068]⑤页岩油 或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0069]⑥石油砂基重油或其热加工过程所得油品；
[0070]⑦乙烯裂解焦油；
[0071]⑧石油基蜡油热裂化焦油；
[0072]⑨石油基重油热加工过程所得油品，热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程；
[0073]⑩其它芳烃含量高的富含胶状浙青状组分的烃油。
[0074]实施例
[0075]性质如表1的含水全馏分中温煤焦油，加工量为20t/h，预热至225°C、0.35MPa绝对压力的条件后，按照本发明设计的加热炉加热后达到至358~360°C、0.1MPa绝对压力的条件后，经过转油管线进入分馏塔焦油进料口，分馏塔塔顶压力为0.03MPa、塔低压力为
0.067MPa、进料口压力为0.065MPa，原料煤焦油质量的88%进入了进料口以上的轻馏分产品中，塔底煤浙青质量收率约12%，加热炉能够连续运行8~12个月。
[0076]加热炉辐射段炉管为单管程，炉管内直径为DN150毫米，炉管材料为TP316L。辐射室排管为立式，排管之间用急弯弯头连接，加热炉炉管入口的煤焦油原料中注入1.0MPa水蒸汽的流率约为1000公斤/时，炉管出口处管内主体介质的体积流量9070立方米/时。
[0077]加热炉对流段煤焦油换热管长度172米，加热炉辐射段煤焦油换热管长度271米。
[0078]炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的平均流速大于100米/秒，炉管出口处管内主体介质的流速约为142米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间小于1.5秒。
[0079]表1煤焦油的性质
【权利要求】
1.一种富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料的加热炉，其特征在于:富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，通过加热炉炉管加热升温，其加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.20MPa、温度为350~380°C ;辐射室排管为立式，排管之间用急弯弯头连接，向加热炉炉管入口的烃料HDS和或向加热炉炉管中间位置的管内介质注入蒸汽或水，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于70米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间通常小于6秒。
2.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于:富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS为包含中低温煤焦油浙青组分的宽馏分中低温煤焦油。
3.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于:富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS为全馏分中低温煤焦油。
4.根据权利要求1或2或3所述的加热炉，其特征在于:加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.15MPa、温度为350~370°C ;炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于100米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间小于4秒。
5.根据权利要求1或2或3所述的加热炉，其特征在于:加热后物料HDSUT排出辐射段出口的绝对压力低于0.lOMPa、温度为350~365°C ;炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的管道内介质的流速大于150米/秒，炉管内介质主体温度大于330°C的后部炉管区的工艺流体的停留时间小于2秒。
6.根据权利要求1或2或3所述的加热炉，其特征在于:炉管直径为65~150毫米。
7.根据权利要求1或2或3所述的加热炉，其特征在于:炉管直径为80~125毫米。
8.根据权利要求1或2或3所述的加热炉，其特征在于:炉管材料为Cr9Mo。
9.根据权利要求1或2或3所述的加热炉，其特征在于:炉管材料为TP316L。
10.根据权利要求1或2或3所述的加热炉，其特征在于:富含胶状浙青状组分的宽馏分烃料HDS，选自下列物料中的一种或几种: ①低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品； ②中温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品； ③高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品； ④煤液化过程所得煤液化油或其馏分油或其热加工过程所得油品； ⑤页岩油或其馏分油或其热加工过程所得油品； ⑥石油砂基重油或其热加工过程所得油品； ⑦乙烯裂解焦油； ⑧石油基蜡油热裂化焦油； ⑨石油基重油热加工过程所得油品，热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程； ⑩其它芳烃含量高的富含胶状浙青状组分的烃油。
【文档编号】C10G7/00GK103965944SQ201410195125
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】何巨堂 申请人:何巨堂