焦炭鼓添加剂注入的制作方法
【专利说明】焦炭鼓添加剂注入
[0001]相关申请的交互参考
[0002]本申请依据35 U.S.C.§ 119(e)，要求2012年9月21日提交的序号为61/704，020的美国临时申请的优先权，所述临时申请在本文中以其全部内容通过引用并入。
发明领域
[0003]本文中公开的实施方式总体涉及石油焦化工艺和设备的领域。更具体地说，本文中公开的实施方式涉及焦炭的生产以及将添加剂注入焦炭鼓以提高焦化工艺的方法和设备。
[0004]发明背景
[0005]自从20世纪30年代中期以来，延迟焦化工艺已经有了许多改进。基本上，延迟焦化是半连续工艺，其中，重质原料被加热到高温(900° F和1000° F之间)并转移到大型焦化鼓。在所述焦化鼓中提供足够的停留时间，以允许热裂化和焦化反应进行到完成。重质渣油进料在所述鼓中热裂化，以产生较轻质的烃和固态石油焦。
[0006]所述焦化工艺产生的产物混合物可以受裂化温度、包括加热器出口条件和焦炭鼓条件的影响。这种技术最初的专利之一(美国专利N0.1, 831，719)公开了 “来自汽相裂化操作的热蒸气混合物在它的温度下降到低于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温度下被有效地引入所述焦化容器”。焦炭鼓中的“最高可能温度”有利于所述重质渣油的裂化，但是限制在于在加热器和下游进料管线中引发焦化以及烃蒸气过度裂化为气体(丁烷和更轻质烃)。当其他操作变量保持不变时，“最高可能温度”通常将石油焦副产物中剩余的挥发性材料最小化。在延迟焦化中，石油焦中挥发性材料的下限通常由焦炭硬度决定。也就是说，挥发性材料<8wt%的石油焦通常过硬使得除焦周期中的钻削时间延长得不合理。各种石油焦应用具有要求石油焦副产物的挥发物含量〈12%的规格。因此，石油焦副产物中的挥发性材料通常具有8-12wt%的目标范围。
【发明内容】
[0007]焦化工艺可以通过向焦化鼓添加各种添加剂来提高。例如，在一些实施方式中，添加剂可以用于影响焦炭的性质(硬度、挥发物含量、燃烧性质、焦炭结构等)。在其他实施方式中，例如，添加剂可以用于提高焦炭收率、裂化烃产物的收率，或二者兼可。
[0008]在一个方面，本文中公开的实施方式涉及生产焦炭的方法。所述方法可以包括:将焦化原料加热到焦化温度以产生加热的焦化原料；将所述加热的焦化原料进给到焦化鼓；向所述焦化鼓进给焦化添加剂，例如至少一种加氢转化或加氢裂化催化剂；并让所述加热的焦化原料在所述焦化鼓中进行热裂化以裂化所述焦化原料的一部分，从而产生裂化的蒸气产物并产生焦炭产物。
[0009]在另一个方面，本文中公开的实施方式涉及生产焦炭的系统。所述系统可以包括:加热器，用于将焦化原料加热到焦化温度以产生加热的焦化原料；焦化鼓，用于热裂化所述加热的焦化原料以产生裂化的蒸气产物和焦炭产物；和焦化添加剂进料口，用于向所述焦化鼓直接或间接引入包含至少一种加氢转化或加氢裂化催化剂的焦化添加剂。
[0010]其他方面和优点从以下的描述和所附的权利要求中将是清楚明了的。
【附图说明】
[0011]图1-3是根据本文中公开实施方式的焦化工艺和设备的简图。
【具体实施方式】
[0012]在一个方面，本文中公开的实施方式总体上涉及石油焦化工艺和设备的领域。更具体地说，本文中公开的实施方式涉及焦炭的生产以及将焦化添加剂注入焦炭鼓以提高焦化工艺的方法和设备。所述焦化工艺可以通过向焦化鼓添加各种添加剂来改进。例如，在一些实施方式中，添加剂可以用于影响焦炭的性质(硬度、挥发物含量、燃烧性质、焦炭结构等)。在其他实施方式中，例如，添加剂可以用于提高焦炭收率、裂化烃产物的收率或二者兼可。裂化烃产物的收率可以通过例如向焦炭鼓添加流化催化裂化催化剂而增加。
[0013]现在参考图1，其示出了根据本文中公开的实施方式的焦化工艺。焦化原料10被引入到焦化分馏塔12的底部，在其中它与从焦炭鼓塔顶蒸气流14冷凝的烃合并。所生成的混合物16随后经过泵抽通过焦化加热器18，在加热器18中它被加热到目标焦化温度，例如750° F和1250° F之间，引起所述焦化原料的局部汽化和轻度裂化。所述加热的焦化原料20的温度可以通过利用温度传感器24来测量和控制，所述温度传感器向控制阀26发送信号来调节在加热器18中燃烧的燃料28的量。如果需要，水蒸气或冷凝水/锅炉给水30可以注入所述加热器以减少管32中的焦炭形成。
[0014]所述加热的焦化原料20可以从焦化加热器18作为气-液混合物回收，以进给到焦化鼓36。如本领域所知，两个或更多个鼓36可以平行使用，以在操作周期(焦炭生产、焦炭回收(除焦)、准备下一个焦炭生产周期，重复操作)期间提供连续操作。控制阀38，例如四通控制阀，将所述加热进料转向目标焦化鼓36。在所述焦化鼓36中提供足够的停留时间，以允许热裂化和焦化反应进行到完成。以这种方式，所述气-液混合物在所述焦化鼓36中热裂化以产生较轻质烃，其汽化并经流程线40离开所述焦炭鼓。石油焦和一些残余物(例如裂化烃)留在焦化鼓36中。当所述焦化鼓36的焦炭足够满时，所述焦化周期结束。所述加热的焦化原料20然后从第一焦化鼓36转换到平行的焦化鼓，开始它的焦化周期。同时，在所述第一焦化鼓中开始除焦周期。
[0015]在所述除焦周期中，冷却焦化鼓36的内容物，除去剩余的挥发性烃，从所述焦化鼓钻削或以其他方式除去焦，预备用于下一个焦化周期的焦化鼓36。焦炭的冷却通常在三个不同的阶段中发生。在第一阶段，焦炭被冷却并由水蒸气或其他汽提介质42汽提以经济最大化地去除所述焦炭中夹带或以其他方式残留的可回收烃。在冷却的第二阶段，注入水或其他冷却介质44以降低所述焦化鼓温度，同时避免对所述焦化鼓的热冲击。来自这种冷却介质的汽化水还促进额外可汽化烃的去除。在最后的冷却阶段，所述焦化鼓通过水或其他骤冷介质46进行骤冷，以将焦化鼓温度迅速降低到对安全除焦有利的条件。所述骤冷完成之后，焦化鼓36的底盖和顶盖或滑动阀48、50分别被移除或打开。然后通过例如液压喷水切割石油焦36，并从所述焦化鼓将除其去。在除焦之后，分别关闭所述焦化鼓盖或滑动阀48、50，并且所述焦化鼓36被水蒸气吹扫得不含空气，预热并在其它方面为下一个焦化周期做好准备。
[0016]从焦化鼓36作为塔顶馏分40回收的较质烃蒸气随后作为焦化蒸气流14转移到焦化分馏塔12，在其中将它们分离成两种或更多种烃馏分并回收。例如，可以在目标沸点温度范围下从分馏塔抽出重焦化瓦斯油(HCGO)馏分52和轻焦化瓦斯油(LCGO)馏分54。HCGO可以包括，例如，沸点在650-870° F范围内的烃。LCGO可以包括，例如，沸点在400-650° F范围内的烃。在一些实施方式中，还可以从焦化分馏塔12回收其他烃馏分，例如超重焦化瓦斯油(XHGCO)馏分56，其可以包括比HCGO更重质的烃，和/或洗油馏分57。分馏塔塔顶流，焦化湿气体馏分58，转到分离器60，在其中它分离成干气体馏分62、水/水性馏分64和石脑油馏分66。一部分石脑油馏分66可以作为回流68返回到所述分馏塔。
[0017]如上所述，向所述焦化鼓添加各种添加剂可以用于改善工艺性能。例如，焦化添加剂可以用于影响焦炭的性质(硬度、挥发物含量、燃烧性质、结晶(或非结晶)结构等)，和/或用于提高焦炭收率、裂化烃产物收率或二者兼可。
[0018]与所述焦化添加剂相结合，焦化鼓36内的材料温度在整个焦炭形成阶段可以用于控制焦炭结晶结构的类型和焦炭中挥发性可燃材料的量。经流程线40离开焦炭鼓的蒸气的温度因此可以是用于表示焦化工艺期间焦化鼓36内材料温度的重要的控制参数。例如，可以通过一种方式来控制条件以产生海绵状焦炭、球状焦炭、针状焦炭或挥发性可燃材料(VCM)含量在约5至约50重量％范围内的其他各种焦炭，所述挥发性可燃材料含量通过ASTM D3175t 测量。
[0019]在一些实施方式中，所述焦化添加剂可以直接添加到焦化鼓36。例如，所述焦化添加剂可以分散到焦化鼓36的上部，例如通过进料口、注入喷嘴、分配器或本领域技术人员已知的其他方式。以这种方式，所述添加剂可以与进入焦化鼓36的蒸气混合，与冷凝性组分一起沉降，由此所述添加剂与所述焦化进料的相互作用产生目标效果。作为另一个例子，所述焦化添加剂可以分散到所述焦化鼓36的下部，例如经流程线74。
[0020]在其他实施方式中，所述焦化添加剂可以在向焦化鼓36进给所述加热的焦化进料之前，与所述焦化进料混合。例如，所述焦化添加剂可以在焦化鼓36和中间加热器18或加热器18的上游与所述进料混合。正如所说明的，所述焦化添加剂可以经流程线76进给，并在接近焦化鼓36底盖48的在焦化鼓36的上游处的流程管道20中立即与加热的焦化进料混合，例如在图2和3中更详细地示出，其中同样的数字表示同样的部分。
[0021 ] 向焦化鼓36的下部进给流化催化裂化催化剂，例如经流程线74或流程线76，可以提供超过向所述鼓的上部进给所述催化剂的优势，尽管根据本文中的实施方式这两者均可使用。例如，向所述鼓的顶部进给所述催化剂，虽然具有有益的效果，但将所述催化剂引入到了具有高浓度较轻质烃的反应尾部，并且接近所述蒸气和较轻质烃离开所述焦化鼓的位置，并可能夹带部分所述注入的催化剂且阻止所述催化剂全部到达反应前沿。向所述鼓的底部进给所述催化剂或与所述给料一起进给，可以增加所述催化剂和所述烃的接触时间，确保所述催化剂与进给到