一种加热延迟焦化原料的方法与流程

本公开涉及石油化工领域，具体地，涉及一种加热延迟焦化原料的方法。

背景技术：

延迟焦化是一种将高残碳的渣油转化为轻质油的热裂化工艺。所用装置可进行连续循环操作，即将重油的焦化馏出油中较重的馏分作为循环油，且在装置中停留时间较长。重质油品经管式加热炉加热到焦化反应所需要的温度，并使之迅速离开加热炉管，在焦炭塔内油品进行裂解和缩合反应，生成的油气由焦炭塔顶逸出，生成的焦炭留在塔内。在这一过程中，焦化(热裂解和缩合)反应被推迟到焦炭塔中进行，因此称为延迟焦化。

现有的延迟焦化加热炉工艺介质中催化油浆的含量一般控制在20％以下或更低，其目的是控制热裂化在加热炉炉管中的程度，控制催化油浆中所含催化剂颗粒对炉管及管件的磨损。

现有延迟焦化加热炉炉型为单面、双面辐射的立式炉(单面辐射图1a，双面辐射图2a、图3a和图4a)。图1a、图2a、图3a、图4a所示加热炉包括辐射段和对流段，其中辐射段是矩形炉膛1，其中图1a图4a其内部设置中间隔墙3将矩形炉膛1分成两个相对独立的燃烧小室，每个相对独立的燃烧小室内部设置一管程工艺介质辐射管2。典型的辐射管2的入口在矩形炉膛1端墙的上部，典型的辐射管2的出口在矩形炉膛1端墙的下部，图1a所示炉型，仅在辐射管2一侧配备燃烧器4，产生向上的火焰为辐射管2进行供热。图2a、图3a、图4a所示炉型在辐射管2双侧配备燃烧器4，产生向上的火焰为盘管2进行供热。

如图1a和图4a所示，每个燃烧室设置两管程工艺介质；如图1a辐射管2为单面辐射布置，如图4a辐射管2为双面辐射布置。它们共同的特点是炉管在垂直水平面的同一平面内自上而下排布，连接它们的急弯弯管6的管心距h1、h2一般是管外径1.75～2倍。

如图2a和图3a所示，每个燃烧室设置一管程工艺介质；它们共同的特点是：炉管在垂直水平面的同一平面内自上而下排布，连接它们的急弯弯管6的管心距h1、h2一般是管外径1.75～2倍。

如图6a、图6b对流段盘管它们共同的特点是连接它们的急弯弯管13的管心距s一般是管外径1.75～2倍。

上述各炉型的对于含有金属固体颗粒的全油浆介质的缺点是：急弯弯管6管心距偏小，不足以抵抗金属固相对急弯弯管6金属壁的磨损。如加大辐射段急弯弯管6的管心距，竖直排列的辐射段盘管2的高度将加大，致使沿高度方向的受热不均匀性增大，管壁温度不均匀性增大，结焦趋势增长较快；加大对流段的急弯弯管的管心距不但会加大管排高度，对于图6b的情况，不但对流段宽度加大，而且对流炉管间距加大，烟气流速下降，传热效率下降。因此，现有的加热炉及催化裂化油浆的加热方法不能加热未掺炼的100％催化裂化油浆。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种加热延迟焦化原料的方法，该方法能够加热100％催化裂化油浆。

为了实现上述目的，本公开提供一种加热延迟焦化原料的方法，该方法包括：使延迟焦化原料作为工艺介质进入加热炉的辐射管内进行加热，所述工艺介质中催化裂化油浆的重量含量为20～100％，所述工艺介质中催化剂的重量含量为0.1％～3％，所述工艺介质在所述辐射管出口处的压力为0.1～0.8mpa，温度为460～530℃，气化率为10～60％；所述辐射管包括螺旋盘管，所述螺旋盘管的轴向与所述燃烧器的火焰方向平行。

可选地，所述工艺介质在所述辐射管内的流型包括分层流、波状流、液节流、长泡流、分散气泡流、环状流和雾状流中的至少一种，其中所述液节流的长度不超过所述螺旋盘管总水力长度的40％。

可选地，所述工艺介质在所述辐射管内的线速度为1～60m/s。

可选地，所述加热炉包括辐射室，所述辐射室内设有燃烧器和所述辐射管；所述螺旋盘管包括直管段和弯管段，在所述螺旋盘管的每个螺旋单元内，所述直管段和所述弯管段交替连接，以形成腰形轴截面。

可选地，所述弯管段的弯曲半径r为300～3000mm，所述直管段的长度与所述弯曲半径的比为(1～30)：1，所述螺旋盘管的倾角β为0.1°～20°。

可选地，所述螺旋盘管的管径为76～219mm。

可选地，所述螺旋盘管的辐射表面热强度为23400～187200kj/m²·h，所述螺旋盘管的任意两个所述螺旋单元的辐射表面热强度的差值不大于23760kj/m²·h。

可选地，所述加热炉为底烧炉，所述螺旋盘管的轴沿竖直方向向上延伸，所述螺旋盘管的直管段内侧设有第一燃烧器组，所述螺旋盘管的直管段外侧分别设有2个与所述第一燃烧器组对称设置的第二燃烧器组，所述第一燃烧器组和所述第二燃烧器组的燃烧器数量相同，且所述第一燃烧器组的热负荷为所述第二燃烧器组热负荷的2倍。

可选地，所述加热炉包括对流室，所述对流室内设有与所述辐射管的入口连通的对流管，所述对流管包括多个沿轴向呈折线状互成角度连接的对流管节，相邻两个所述对流管节的夹角为5～75°，所述对流管的管径与所述螺旋盘管的管径之比为(0.3～1.5)：1。

可选地，所述对流室内并联设有多个所述对流管，所有所述对流管的入口和出口分别通过集合管连通，相邻两个所述对流管的最小间距为50～500mm。

通过上述技术方案，本公开的加热延迟焦化原料的方法采用具有螺旋盘管的加热炉辐射管对工艺介质进行加热，该辐射管具有大回转半径，能够减小催化油浆中所含催化剂颗粒对炉管及管件的磨损；同时加热炉的管排高度可控且沿管排高度方向辐射受热均匀。配合选取的特定工艺介质参数，能够控制工艺介质在炉管中具有适宜的线速度和停留时间、控制加热炉辐射管中热裂化的程度，大幅度提高工艺介质中催化油浆的含量，能够对含有100％催化裂化油浆的延迟焦化原料进行加热，该方法用于延迟焦化工艺中能够明显提高延迟焦化的反应效率。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1a是一种单面辐射焦化炉的主视图。

图1b是一种单面辐射焦化炉的俯视图。

图2a是一种双面辐射焦化炉的主视图。

图2b是一种双面辐射焦化炉的俯视图。

图3a是另一种双面辐射焦化炉的主视图。

图3b是另一种双面辐射焦化炉的俯视图。

图4a是第三种双面辐射焦化炉的主视图。

图4b是第三种双面辐射焦化炉的俯视图。

图5a是本公开的延迟焦化方法的一种具体实施方式的加热炉辐射室的主视图。

图5b是本公开的延迟焦化方法的一种具体实施方式的加热炉辐射室的俯视图。

图5c是本公开的延迟焦化方法的另一种具体实施方式的加热炉辐射室的俯视图。

图6a是一种加热炉对流管的示意图。

图6b是另一种加热炉对流管的示意图。

图6c是本公开的延迟焦化方法的一种具体实施方式的加热炉对流管的示意图。

图6d是本公开的延迟焦化方法的另一种具体实施方式的加热炉对流管的示意图。

附图标记说明

1、矩形炉膛；2、辐射管；3、中间隔墙；4、燃烧器；41、第二燃烧器组；42、第一燃烧器组；5、对流段；6、急弯弯管；7、直管段；8、弯管段；9、辐射管架；10、辐射室；11、高温烟道；12、对流室；13、对流段急弯弯管；14、对流管；15、对流管节；161、集合管；162、集合管。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下，具体可参照图5a的图面方向。“内、外”是针对装置本身的轮廓而言的。

本公开提供一种加热延迟焦化原料的方法，该方法包括：使延迟焦化原料作为工艺介质进入加热炉的辐射管内进行加热，工艺介质中催化裂化油浆的重量含量为20～100％，工艺介质中催化剂的重量含量为0.1％～3％，工艺介质在辐射管出口处的压力为0.1～0.6mpa，温度为460～530℃，气化率为10～60％；辐射管包括螺旋盘管，螺旋盘管的轴向与燃烧器的火焰方向平行。

本公开的加热延迟焦化原料的方法采用具有螺旋盘管的加热炉辐射管对工艺介质进行加热，相比于普通的辐射管，本公开的螺旋状辐射管具有大回转半径，能够减小催化裂化油浆中所含催化剂颗粒对炉管及管件的磨损；同时加热炉的管排高度可控且沿管排高度方向均匀的接受热辐射，配合选取的特定工艺介质参数，能够控制工艺介质在炉管中具有适宜的线速度和停留时间、控制加热炉辐射管中热裂化的程度，大幅度提高工艺介质中催化油浆的含量，能够对含有100％催化裂化油浆的延迟焦化原料进行加热，从而提高了延迟焦化的反应效率。

在根据本公开的延迟焦化方法中，工艺介质的含义为本领域技术人员所熟知的，即在加热炉炉管中被加热的介质，也即进行延迟焦化的原料，在本公开中，工艺介质可以包括催化裂化油浆，催化裂化油浆的含量可以为20～100％，例如为50～100％催化裂化油浆，进一步优选为100％催化裂化油浆；工艺介质还可以包括催化裂化催化剂和余量的渣油和/或循环油。工艺介质在辐射管内的流型可以包括分层流、波状流、液节流、长泡流、分散气泡流、环状流和雾状流中的至少一种，优选包括分层流、波状流、液节流、长泡流、分散气泡流、环状流和雾状流；其中，为了控制工艺介质的气化率在适宜范围，优选地，液节流的长度不超过螺旋盘管总水力长度的40％。

在根据本公开的延迟焦化方法中，为了使工艺介质在辐射管内具有更适宜的线速度，从而控制加热炉管内工艺介质的热裂化程度，工艺介质在辐射管出口处的压力进一步优选为0.2～0.5mpa，温度优选为465～525℃，气化率优选为15～55％。

在根据本公开的延迟焦化方法中，工艺介质在辐射管内具有适宜的较高线速度，可以保证工艺介质在加热炉管内的停留时间较短，防止催化油浆在加热炉管内结焦，工艺介质在辐射管内的线速度可以为1～60m/s，优选为2～55m/s，进一步优选为15～50m/s。其中工艺介质在辐射管内的线速度是指平均线速度。

根据本公开，加热炉的形状和种类可以为本领域常规的，例如图5a和图5b所示，加热炉可以包括辐射室10，辐射室10内可以设有燃烧器4和辐射管，辐射管可以包括上述的螺旋盘管，即至少部分辐射管可以形成为螺旋盘管状，辐射管还可以包括用于连接螺旋盘管和对流管的连接管，连接管的形状没有特别限制，螺旋盘管的长度可以占辐射管总长度的80％以上，以进一步增加辐射管的加热效果；辐射室内的螺旋盘管可以为单路设置或多路并联；螺旋盘管可以形成为轴截面为圆形、椭圆形或腰形的盘管，优选螺旋盘管的轴截面为如图5b所示的腰形，在这一实施方式中，进一步地，螺旋盘管可以包括直管段7和弯管段8，在螺旋盘管的每个螺旋单元内，直管段7和弯管段8交替连接，以形成腰形轴截面，其中，螺旋单元是指螺旋盘管盘绕一圈形成的管单元，在腰形轴截面螺旋盘管中，一个螺旋单元通常包括交替连接的两个直管段和两个弯管段。

进一步地，为了减小工艺介质中的催化剂固体颗粒对管件的磨损，螺旋盘管的弯管段8可以具有较大的弯曲半径r，优选地，弯管段8的弯曲半径r为300～3000mm，进一步优选为350～2800mm；直管段7的长度与弯管段8的弯曲半径的比可以为(1～30)：1，优选为(2.5～10)：1；上述优选的管参数范围内，螺旋盘管的弯管段弯曲半径适宜，一方面能够减少管内介质转向时对金属壁的磨损，另一方面螺旋盘管采用大半径的弯管段作为回转弯头，内外表面积接近，在双面热辐射的条件下，有利于平抑辐射管管壁温度的峰值，增加辐射管管壁温度分布的均匀度，减小管内结焦倾向。

进一步地，为了保证工艺介质沿管排高度方向辐射供热均匀，螺旋盘管的倾角β可以为0.1°～20°，进一步优选为0.2°～18°。其中螺旋盘管的倾角是指螺旋盘管每个螺旋单元所在的平面与与轴垂直的截面之间的夹角。

根据本公开，螺旋盘管的管径可以在较大范围内变化，优选为76～219mm，进一步优选为80～200mm，在上述优选范围内，螺旋盘管内工艺介质能够被均匀加热，且工艺介质的流速和气化率能够保持在更适宜的范围内。

根据本公开，螺旋盘管的辐射表面热强度可以在较大范围内变化，优选地，螺旋盘管的辐射表面热强度可以为23400～187200kj/m²·h，进一步可以优选为39600～172000kj/m²·h，在上述优选的辐射表面热强度范围内，螺旋盘管具有适宜的传热速率，又不会引起炉管局部过热或结焦。

进一步地，为了使加热炉的管排高度控制在适宜范围内，优选地，螺旋盘管的任意两个螺旋单元的辐射表面热强度的差值不超过23760kj/m²·h，以确保沿管排高度方向辐射受热均匀。其中辐射表面热强度的含义为本领域技术人员所熟知的，即辐射炉管每单位面积(外表面)单位时间内传递的热量，可采用本领域常规方法计算得出。辐射室内所排布的所有炉管，每一根炉管所吸收热量除以该炉管表面积所得到的数值为各单根炉管的辐射表面热强度，每根炉管的辐射表面热强度通常不相同，本公开的螺旋盘管中各个螺旋单元(即螺旋盘管中的每一圈)的辐射表面热强度也不同，本公开中优选地，螺旋盘管的任意两个螺旋单元的辐射表面热强度的差值不大于23760kj/m²·h，即辐射表面热强度最大的螺旋单元与辐射表面热强度最小的螺旋单元之间辐射表面热强度的差值不超过23760kj/m²·h。

根据本公开，加热炉可以为本领域常规种类，优选为底烧炉，螺旋盘管沿竖直方向排布，加热炉的燃烧器火焰从底部向上延展，螺旋盘管以竖直方向为轴螺旋向上延伸，辐射室内的螺旋盘管可以设置为单路或多路并联。燃烧器可以形成垂直向上的圆形火焰、垂直向上的扁平火焰或附墙式扁平火焰。

进一步地，为了保证螺旋盘管内外侧受热均匀，在本公开的一种实施方式中，如图5b所示，螺旋盘管的直管段内侧可以设有第一燃烧器组42，螺旋盘管的直管段7外侧可以分别设有2个与第一燃烧器42组对称设置的第二燃烧器组41，第一燃烧器组42和第二燃烧器组41的燃烧器数量优选相同，进一步优选第一燃烧器组42和第二燃烧器组41的燃烧器位置对应即以直管段7为轴对称设置，且第一燃烧器组42的热负荷优选为第二燃烧器组41热负荷的2倍。其中，直管段的内侧和外侧是指以螺旋盘管为界，靠近盘管轴线的一侧为内侧，远离轴线靠近辐射室炉壁的一侧为外侧。在这一实施方式中，辐射室中的辐射管采用对称的双面辐射供热方式，能够避免单面辐射或非对称双面辐射对管排周向产生的受热不均匀性，有利于平抑沿炉管管壁温度的峰值，增加炉管周向管壁温度分布的均匀度，减小结焦倾向，延长炉管使用寿命。

其中，作为本公开的一种具体实施方式，如图5b所示，辐射管环绕的内侧燃烧器(即第一燃烧器组42)、辐射段盘管环绕的外侧燃烧器(即第二燃烧器组41)分别采用垂直向上的扁平火焰燃烧器，且第一燃烧器组42和第二燃烧器组41的燃烧器火焰宽度、长度和高度相同，第一燃烧器组42的热负荷为第二燃烧器组41热负荷的2倍，对管排形成对称的双面辐射。

在本公开的另一种具体实施方式中，如图5c所示，螺旋盘管形成为轴截面为圆形的螺旋盘管，螺旋盘管的内侧设有第一燃烧器组42，外侧设有第二燃烧器组41，第一燃烧器组42和第二燃烧器组41热负荷相同，火焰直径和高度相同，对管排形成完全对称的双面辐射。

在本公开的一种具体实施方式中，辐射管可以固定于支撑架上，支撑架优选为铸造管架。

根据本公开，加热炉还可以包括对流室，对流室内可以设有与辐射管的入口连通的对流管，对流管可以为本领域常规种类。在本公开优选的一种具体实施方式中，如图6c所示，对流管可以包括多个沿轴向呈折线状互成角度连接的对流管节15，相邻两个对流管节15的夹角可以为5～75°，优选为8～70°，对流管的管径与螺旋盘管的管径之比可以为(0.3～1.5)：1，优选为(0.5～1)：1，相邻两个对流管节15可以通过弯管连接，在这一实施方式中，采用弯折状连接的对流管可以增加工艺介质在管内的转弯角度，减少工艺介质对管道的磨损，同时其传热效率较高，避免了单纯增加管间距造成的管排高度增加，烟气流速下降的问题。

进一步地，如图6d所示，对流室内可以并联设有多个对流管，所有对流管的入口和出口可以分别通过集合管连通，相邻两个对流管的最小间距可以为50～500mm，优选为60～450mm，此时对流室内烟气流速可以保持在0.3～4kg/m²s，以确保对流管的传热效率。

根据本公开，加热炉可以包括一个或多个辐射室，多个辐射室可以通过横梁连接，并分别连通至对流室，每个辐射室可以对应连通一个或多个对流室，在本公开的一种具体实施方式中，辐射室的顶部可设有连通至对流室的烟气出口。

本公开的加热延迟焦化原料的方法可以用于延迟焦化工艺，该延迟焦化工艺可以包括将加热炉管出口处得到的工艺介质送入焦炭塔进行裂化和缩合生焦反应的步骤，该步骤的方法和条件可以为本领域常规的，此处不再赘述。

实施例

本实施例用于说明本公开的加热延迟焦化原料的方法。采用如图5a和5b所示的加热炉。加热炉包括1个辐射室10和1个对流室12，辐射室10顶部通过高温烟道12连通至对流室12，其中，每个辐射室10内设有一路或多路并联的螺旋盘管，螺旋盘管由半圆形弯管段和直管段组成，弯管段的弯曲半径r为1525.8mm，所述直管段的长度与所述弯曲半径的比为8.5：1，螺旋盘管的管径为127mm，倾角β为2.8°，轴截面形成为类跑道形状(即腰形轴截面)，辐射室10内沿直管段内外两侧分别对称布置有第一燃烧器组42和两个第二燃烧器组41，两个燃烧器组燃烧器数量相等，位置相对，均为圆形火焰燃烧器，火焰直径和高度相同，对管排形成完全对称的双面辐射，且第一燃烧器组的热负荷为第二燃烧器组热负荷的2倍。对流室12内设置对流管、集合管161和集合管162，对流管包括呈折线状互成角度连接的对流管节，相邻两个对流管节15的夹角为16°，对流管的管径与螺旋盘管的管径之比为0.7：1，相邻两个对流管的最小间距为161mm。

采用100％催化裂化油浆作为工艺介质，工艺介质中催化剂颗粒含量为6000ppmw，工作时，工艺介质从集合管161进入对流管14，再由集合管162送入辐射管并输送至炉外的工艺管线送至焦炭塔进行热裂化和生焦反应，高温烟气由辐射室10底部的燃烧器燃烧产生，向上汇集，经过顶部高温烟道11再向上进入对流室12，对对流室12的对流管14进行对流传热。

其中，工艺介质在辐射管出口处的压力为0.45mpa，温度为500℃，气化率为48％，工艺介质在所述辐射管内的平均线速度为25.6m/s，螺旋盘管的表面热强度为131200kj/m²·h，螺旋盘管的任意两个螺旋单元的辐射表面热强度的差值不大于23760kj/m²·h。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。