用於製備高vcm焦炭的方法

2023-12-02 18:27:56

用於製備高vcm焦炭的方法
【專利摘要】本發明公開了用於改善具有高揮發性可燃物質含量的焦炭的製備的方法和設備。該方法可以包括例如：將焦化裝置原料加熱至焦化溫度，以生成經加熱的焦化裝置原料；將所述經加熱的焦化裝置原料與急冷介質接觸，以降低所述經加熱的焦化裝置原料的溫度並生成經急冷的原料；將所述經急冷的原料進料至焦化塔；在所述焦化塔中將所述經急冷的原料進行熱裂化，從而(a)將所述經急冷的原料的一部分裂化以生成裂化蒸氣產物，並且(b)生成如通過ASTM?D3175測量的揮發性可燃物質(VCM)濃度在約13重量％至約50重量％的範圍內的焦炭產物。
【專利說明】用於製備高VCM焦炭的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請依照35U.S.C.§ 119(e)，要求在2011年5月13日提交的美國臨時申請序列號61/485，969的優先權。該申請通過引用以其全部結合在此。
[0003]公開領域
[0004]本文公開的實施方案一般涉及石油焦化方法和設備的領域。更具體地，本文公開的實施方案涉及具有聞濃度的?車發性可燃物質的焦炭(聞VCM焦炭)的製備。
[0005]背景 [0006]自20世紀30年代中期以來，已經發展了具有許多改進的延遲焦化方法。基本上，延遲焦化是一個半連續過程，其中重質原料被加熱至高溫(在900° F至1000° F之間)，並且被傳送至大的焦化塔。在焦化塔中，提供足夠的停留時間，以允許熱裂化和焦化反應進行至完成。重質殘油進料在塔中熱裂化，以生成更輕的烴類和固態的石油焦炭。該技術的初始專利之一(美國專利號1，831，719)公開了「有利地，在來自蒸氣相裂化操作的熱蒸氣混合物的溫度降至低於950° F或更佳地低於1050° F之前，將它導入焦化容器中，並且，通常有利地，在最高的可能的溫度，將它導入焦化容器中。」在焦炭塔中的「最高的可能的溫度」有利於重質殘油的裂化，但是受限於在加熱器和下遊進料管線中焦化的開始以及烴蒸氣過度裂化為氣體(丁烷及更輕者)。當其他操作變量保持恆定時，「最大的可能的溫度」通常使在石油焦炭副產物中保留的揮發性物質最少化。在延遲焦化中，石油焦炭中的揮發性物質的下限通常由焦炭硬度決定。也就是說，具有< 8重量％揮發性物質的石油焦炭通常是如此之硬，使得在除焦循環中的鑽孔時間延長到合理範圍以外。各種石油焦炭用途具有需要石油焦炭副產物的揮發性含量< 12%的規格。因此，在石油焦炭副產物中的揮發性物質典型地具有8-12重量％的目標範圍。
[0007]美國專利號6，168，709公開了一種用於製備具有較高濃度的揮發性可燃物質(VCM)的石油焦炭的方法。提供了較高的VCM含量，使得焦炭可以維持自燃等使用焦炭作為燃料的特性。為了產生高VCM焦炭，所述『709專利教導了，首先將焦化裝置原料加熱至較低的溫度，由此導致相關聯地降低了焦化塔操作溫度。
[0008]公開內容概述
[0009]通過降低加熱器出口溫度，可以負面地影響焦炭的收率、裂化的烴產物的收率、或者兩者。而且，加熱器出口溫度的降低也可以影響焦化裝置的產量和效率。已經發現，在典型的操作溫度操作進料加熱器，可以提供在加熱器和焦化塔之間的傳送管線中的焦化裝置進料的裂化，並且，將受熱的焦化裝置原料急冷以降低焦化溫度可以提供製備具有適宜的性質(燃燒性質、海綿焦炭晶體結構與其他晶體結構的高比例、等等)的高VCM焦炭的焦化塔操作。
[0010]一方面，本文公開的實施方案涉及用於製備焦炭燃料的方法，所述方法包括:將焦化裝置原料加熱至焦化溫度，以生成經加熱的焦化裝置原料；將所述經加熱的焦化裝置原料與急冷介質接觸，以降低所述經加熱的焦化裝置原料的溫度並生成經急冷的原料；將所述經急冷的原料進料至焦化塔；在所述焦化塔中將所述經急冷的原料進行熱裂化，從而(a)將所述經急冷的原料的一部分裂化以生成裂化蒸氣產物，並且(b)生成如通過ASTMD3175測量的揮發性可燃物質(VCM)濃度在約13重量％至約50重量％的範圍內的焦炭產物。
[0011]另一方面，本文公開的實施方案涉及用於製備焦炭燃料的設備，所述設備包括:用於將焦化裝置原料加熱至焦化溫度以生成經加熱的焦化裝置原料的加熱器；用於從所述加熱器回收所述經加熱的焦化裝置原料的流體管道；用於供應急冷介質的流體管道；用於將所述經加熱的焦化裝置原料與所述急冷介質接觸以降低所述經加熱的焦化裝置原料的溫度並生成經急冷的流出物的裝置；用於將所述經急冷的流出物進料至焦化塔的流體管道，所述焦化塔用於將所述經急冷的流出物熱裂化，從而(a)將所述經急冷的流出物的一部分裂化以生成裂化蒸氣產物，並且(b)生成如通過ASTMD3175測量的揮發性可燃物質(VCM)濃度在約13重量％至約50重量％的範圍內的焦炭產物。
[0012]從以下描述和後附的權利要求中，其他方面和益處將是明顯的。
[0013]附圖簡述
[0014]圖1是根據本文公開的實施方案的焦化方法的簡化的工藝流程圖。
[0015]詳細描述
[0016]一方面，本文公開的實施方案涉及具有高濃度的揮發性可燃物質的焦炭(高VCM焦炭)的製備。另一方面，本文公開的實施方案涉及改善焦炭工藝的操作而提供提高的產量、充分的焦炭構成(make)和適宜的焦炭性質中的一種或多種，所述焦炭性質包括焦炭晶體結構、柔軟度、燃燒性能和大於按重量計的13%或15%如約18%至20%的VCM含量。
[0017]如上所提到的，為了製備具有高VCM含量的焦炭，現有技術指示:必須在相對低的溫度操作焦化塔。為了達到焦化塔中的低操作溫度，教導了降低在焦化裝置加熱器的出口處的原料的溫度。
[0018]可以在焦化裝置加熱器和焦化塔之間的傳送管線中發生的裂化允許製備想要的更輕的烴類。同樣，在相對高溫運行加熱器是適宜的。然而，具有高VCM含量的焦炭的製備需要在較低的溫度操作焦化塔。為了滿足裂化和高VCM焦炭製造的目的，已經發現，通過與急冷介質的直接熱交換將向焦化塔的進料急冷可以提供高加熱器出口溫度和低焦化塔操作溫度兩者。
[0019]現參照圖1，說明根據本文公開的實施方案的焦化方法。將焦化裝置原料10導入焦化裝置分餾器12的底部，在那裡它與從焦化裝置蒸氣流14中冷凝的烴類組合。隨後將所得的混合物16泵送通過焦化裝置加熱器18，在那裡它被加熱至適宜的焦化溫度，如在850° F至1100° F之間，導致焦化裝置原料的部分揮發和溫和裂化。可以通過使用溫度傳感器24測量和控制被加熱的焦化裝置原料20的溫度，所述溫度傳感器發送信號至控制閥26以調節向加熱器18進料的燃料28的量。如果需要，可以向加熱器注入蒸汽或鍋爐進料水30，以減少在管32中的焦炭形成。
[0020]可以從焦化裝置加熱器18回收作為蒸氣-液體混合物的被加熱的焦化裝置原料20，用於向焦化塔36的進料。如本領域公知的，可以並聯地使用兩個以上塔36，來提供在操作循環(焦炭製備、焦炭回收(除焦)、為下一次焦炭循環作準備，重複)中的連續操作。控制閥38使被加熱的進料轉向至所需的焦化塔36。在焦化塔36中提供充足的停留時間允許熱裂化和焦化反應進行至完成。以此方式，蒸氣-液體混合物在焦化塔36中熱裂化，以製備更輕的烴類，其蒸發並經由流動管線40離開焦化塔。石油焦炭和一些殘餘物(例如裂化的烴類)保留在焦化塔36中。當焦化塔36充分裝滿焦炭時，焦化循環結束。隨後將被加熱的焦化裝置原料20從第一焦化塔36切換至並聯的焦化塔以啟動它的焦化循環。同時，在第一焦化塔中開始除焦循環。
[0021]在除焦循環中，將焦化塔的內容物冷卻，除去保留的揮發性烴類，將焦炭從焦化塔中鑽掉，並且焦化塔為下一次焦化循環做好準備。將焦炭冷卻通常在三個不同的階段中發生。在第一階段，通過水蒸氣或其他汽提介質42將焦炭冷卻並汽提，以經濟地最大化地除去夾帶在焦炭中或以其他方式保留在焦炭中的可除去的烴類。在第二冷卻階段中，將水或其他冷卻介質44注入，以降低焦化塔溫度同時避免對焦化塔的熱衝擊。從該冷卻介質中蒸發的水進一步促進了除去額外的可蒸發的烴類。在最終冷卻階段，通過水或其他急冷介質46將焦化塔急冷，以迅速地將焦化塔溫度降低至有利於安全地移除焦炭的條件。在急冷完成後，拆卸焦化塔36的底部和頂部塔頭48、50。隨後，典型地通過液壓的水射流將石油焦炭36切除，並從焦化塔中移除。在移除焦炭後，將焦化塔塔頭48、50放回原位，將焦化塔36預熱，另外準備好用於下一個焦化循環。
[0022]隨後，將從焦化塔36作為塔頂餾分40回收的較輕的烴蒸氣作為焦化裝置蒸氣流14傳送至焦化裝置分流器12，在那裡它們被分離成兩種以上烴餾分並被回收。例如，重焦化裝置瓦斯油(HCGO)餾分52和輕焦化裝置瓦斯油(LCGO)餾分54可以在適宜的沸點範圍從分餾器被抽離。HCGO可以包括，例如，在650-870° F範圍內沸騰的烴。LCGO可以包括，例如，在400-650° F沸騰的烴。在一些實施方案中，也可以從焦化裝置分餾器12回收其他烴餾分，如可以包括比HCGO更重的烴類的急冷油餾分56，和/或洗油餾分57。分流器塔頂流即焦化裝置溼氣餾分58去往分離器60，在那裡它被分離為幹氣餾分62、水/含水餾分64、和石腦油餾分66。部分石腦油餾分66可以作為回流68返回分餾器。
[0023]可以使用在焦化塔36中的物質在焦炭形成階段中的溫度控制焦炭晶體結構類型和焦炭中的揮發性可燃物質的量。因此，經由管線40離開焦化塔的蒸氣的溫度是重要的控制參數，用於顯示在焦化塔3`6中的物質在焦化過程中的溫度。
[0024]為了達到顯著的焦化和高VCM焦炭形成的雙重目的，在高於焦化塔36的溫度的出口溫度操作焦化裝置加熱器18是適宜的。儘管在沒有額外的措施的情況下在將被加熱的焦化裝置原料從加熱器傳送至焦化塔的過程中由於(吸熱的)裂化、環境損失等自然發生一些熱損失，但焦化塔將在對於製備適宜的高VCM焦炭產物而言過高的溫度作業。因此，從焦化裝置加熱器18回收的焦化裝置原料被進料至焦化塔，在大部分路上僅由於如裂化和環境損失導致正常的溫度損失。然後，使被加熱的焦化裝置原料與焦化塔36上遊的急冷介質70接觸，以降低焦化裝置進料的溫度。隨後，可以將經急冷的原料72進料至焦化塔，在足以製備如通過ASTM D3175測量的VCM含量在約13重量％至約50重量％的範圍內的焦炭產物的溫度，用於繼續裂化和焦炭製備。在另一些實施方案中，焦炭產物具有約15重量％至約25重量％的VCM含量；且在還另一些實施方案中，約16重量％至約22重量％。
[0025]優選急冷介質在儘可能合理地接近焦化塔處與被加熱的催化裝置原料接觸，從而提供在較高的加熱器出口溫度下較長的停留時間。例如，如圖示的，可以在換向器閥38的正前方上遊導入急冷介質70。備選地，可以經由流動管線74，在換向器閥38的下遊，如在閥38和焦化塔36之間的傳送管線中，導入急冷介質70。[0026]通過例如溫度探針80測得的焦化塔塔頂蒸氣餾分40的溫度可以用於監測和控制焦化過程和焦炭產物品質(VCM含量、晶體結構等)。在一些實施方案中，可以例如通過數字控制系統(DCS)或其他工藝控制系統76，將從焦化塔回收的蒸氣產物的溫度控制為在約700° F至約900° F的範圍內；在另一些實施方案中，在約725° F至約875° F的範圍內；在另一些實施方案中，在約750° F至約850° F的範圍內；且在還另一些實施方案中，在約775° F至約800° F的範圍內。可以例如如圖示的通過調節急冷介質70的流動速率，通過調節急冷介質的溫度(未示出)，或者它們的組合等可以由本領域技術人員容易地想到的替代方式，控制蒸氣出口 40的溫度。
[0027]在一些實施方案中，焦化裝置加熱器出口溫度可以在約900° F至約1100° F的範圍內。急冷步驟可以導致熱的焦化裝置原料溫度降低至少10、20、30、40、50、100、150、或200度或更多，從而達到想要的焦化塔蒸氣出口溫度。差額的操作溫度，即焦化裝置加熱器出口溫度減去焦化塔出口蒸氣溫度，在一些實施方案中可以在約25° F至約350° F的範圍內，且在另一些實施方案中，在約50° F至約200° F的範圍內。
[0028]焦化裝置原料可以包括任意數量的不能經濟地進一步蒸餾、催化裂化或進行其他處理而製備燃料級混合物流的煉油過程物流。典型地，因為催化劑通過灰塵和金屬結垢和/或失活，這些物質不適合於催化操作。普通的焦化裝置原料包括常壓蒸餾殘餘物、真空蒸餾殘餘物、催化裂化器殘油、加氫裂化器殘油和來自其它煉油裝置的殘油。
[0029]所用的急冷介質包括以下各項中的一項或多項中的至少一部分:再循環餾分56、HCGO餾分52、LCG0餾分54、和石腦油餾分66 ;在焦化裝置分餾器的洗滌區中作為洗油的結果生成的再循環餾分；和焦化裝置原料10。額外地或備選地，急冷介質可以包括以下各項中的一項或多項:原油、常壓塔塔底產物、真空塔頂產物、淤漿油、來自原油蒸餾裝置或真空蒸餾裝置的液體產物流、以及通常包括具有在約500° F至約950° F範圍內的沸點的烴類的烴類混合物。
[0030]如本領域公知的，可以在焦化裝置分餾器12的上遊處理焦化裝置原料。例如，焦化裝置原料可以經歷加氫處理 工藝、脫鹽工藝、脫金屬工藝、脫硫工藝或其他用於製備預期的焦炭產物的預處理工藝。
[0031]可以向焦化過程中添加各種化學試劑和/或生物試劑，以阻礙球狀焦(shotcoke)的形成和/或促進想要的海綿焦炭的形成。在特別的實施方案中，可以添加消泡劑，如矽基添加劑。化學和/或生物試劑可以在過程中的任何點添加，且在一些實施方案中，隨著急冷介質70 —起添加。
[0032]如上所述，本文描述的實施方案有利地提供裂化和高VCM焦炭的製備。通過用急冷介質控制焦化塔中的溫度(與加熱器出口溫度相反)，可以正面地影響焦化裝置產量、液態烴收率、焦炭構成、海綿焦炭含量中的一種或多種。
[0033]儘管本公開包括有限數量的實施方案，本領域技術人員將得益於本公開而理解可以設計不偏離本公開的範圍的其他實施方案。因此，範圍應當僅通過後附的權利要求限定。
【權利要求】
1.一種用於製備焦炭燃料的方法，所述方法包括: 將焦化裝置原料加熱至焦化溫度，以生成經加熱的焦化裝置原料； 將所述經加熱的焦化裝置原料與急冷介質接觸，以降低所述經加熱的焦化裝置原料的溫度並生成經急冷的原料； 將所述經急冷的原料進料至焦化塔； 在所述焦化塔中將所述經急冷的原料進行熱裂化，從而(a)將所述經急冷的原料的一部分裂化以生成裂化蒸氣產物，並且(b)生成如通過ASTMD3175測量的揮發性可燃物質(VCM)濃度在約13重量％至約50重量％的範圍內的焦炭產物。
2.根據權利要求1所述的方法,其中,所述VCM濃度在約16重量％至約22重量％的範圍內。
3.根據權利要求1-2中任一項所述的方法，其中，所述接觸步驟是在所述焦化塔附近進行的。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，所述方法還包括: 從所述焦化塔的出口回收所述裂化蒸氣產物；和 通過調節所述急冷介質的進料速率和溫度中的至少一個，控制在所述焦化塔附近的被回收的裂化蒸氣產物的溫度。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述控制使得所述出口附近的溫度保持在750° F至約850° F的範圍內 。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述控制使得所述出口附近的溫度保持在775° F至約800° F的範圍內。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其中，所述焦化溫度在約900°F至約1100° F的範圍內。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，所述接觸步驟使得所述經加熱的焦化裝置原料的溫度降低至少10° F。
9.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，所述接觸步驟使得所述經加熱的焦化裝置原料的溫度降低至少50° F。
10.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，所述接觸步驟使得所述經加熱的焦化裝置原料的溫度降低至少100° F。
11.根據權利要求4-10中任一項所述的方法，所述方法還包括將所述被回收的裂化蒸氣產物分餾，以回收兩種以上烴餾分。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述兩種以上烴餾分包括以下各項中的至少一項:洗油餾分、急冷油餾分、焦化裝置重瓦斯油餾分、焦化裝置輕瓦斯油餾分、和石腦油餾分。
13.根據權利要求11所述的方法，所述方法還包括使用以下各項中的一項或多項的至少一部分作為所述急冷介質:洗油餾分、急冷油餾分、焦化裝置重瓦斯油餾分、焦化裝置輕瓦斯油餾分、以及它們的組合。
14.根據權利要求1-12中任一項所述的方法，其中，所述急冷介質包括以下各項中的至少一項:焦化裝置重瓦斯油、焦化裝置輕瓦斯油、焦化裝置原料、具有在約500° F至約950° F的範圍內的沸點的烴混合物、以及它們的組合。
15.一種用於製備焦炭燃料的設備，所述設備包括: 用於將焦化裝置原料加熱至焦化溫度以生成經加熱的焦化裝置原料的加熱器； 用於從所述加熱器回收所述經加熱的焦化裝置原料的流體管道； 用於供應急冷介質的流體管道； 用於將所述經加熱的焦化裝置原料與所述急冷介質接觸以降低所述經加熱的焦化裝置原料的溫度並生成經急冷的流出物的裝置； 用於將所述經急冷的流出物進料至焦化塔的流體管道，所述焦化塔用於將所述經急冷的流出物熱裂化，從而(a)將所述經急冷的流出物的一部分裂化以生成裂化蒸氣產物，並且(b)生成如通過ASTM D3175測量的揮發性可燃物質(VCM)濃度在約13重量％至約50重量％的範圍內的焦炭產物。
16.根據權利要求15所述的設備，其中，所述用於接觸的裝置位於所述焦化塔附近。
17.根據權利要求15-16中任一項所述的設備，所述設備還包括用於從所述焦化塔回收所述裂化蒸氣產物的流體管道。
18.根據權利要求15-17中任一項所述的設備，所述設備還包括用於測量所述焦化塔附近的被回收的裂化蒸氣產物的溫度的裝置。
19.根據權利要求18所述的設備，所述設備還包括工藝控制系統，所述工藝控制系統被設置為通過調節所述急冷介質的進料速率和溫度中的至少一個控制被回收的裂化蒸氣產物的溫度。
20.根據權利要求15-1`9中任一項所述的設備，所述設備還包括焦化裝置分餾器，所述焦化裝置分餾器用於將被回收的裂化蒸氣產物分餾成兩種以上餾分，所述餾分包括以下各項中的至少一項:急冷油餾分、洗油餾分、焦化裝置重瓦斯油餾分、焦化裝置輕瓦斯油餾分、和石腦油餾分。
【文檔編號】C10B57/00GK103534336SQ201280023775
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年5月10日 優先權日:2011年5月13日
【發明者】艾哈邁德·費爾, 約翰·E·柯林斯, 維倫德拉·門羅, 加裡·雷森 申請人:催化蒸餾技術公司