一种焦炭塔及利用焦炭塔的延迟焦化方法与流程

本发明涉及石油化工技术领域，具体而言，涉及一种焦炭塔及利用焦炭塔的延迟焦化方法。

背景技术：

重油加工技术可分为两类，一类是加氢，一类是脱炭，而延迟焦化工艺具有原料适应性强、工艺流程简单、技术相对成熟、装置投资低等优点，已成为重油深度加工的重要手段之一。国外比较成熟的延迟焦化技术以fosterwheeler/uop公司、conoco－phillips公司、abblummuscrest公司和kbr公司的技术为代表，而国外大多数延迟焦化装置都采用上述公司的专利技术，尽管这些公司的延迟焦化技术在工艺流程、设备等方面各有特点，但均采用了低压和超低循环比操作，以实现延迟焦化装置液体产品产率的最大化。国内的延迟焦化技术主要由中国石化开发，包括石油化工科学研究院(ripp)、中国石化工程建设有限公司(sei)、中石化洛阳工程有限公司(lpec)以及中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心(segr)的专利技术，另外中国石油大学(华东)等高校和科研单位也开发一些新技术。

在延迟焦化生产过程中，被加热炉加热至450℃以上的焦化原料进入焦炭塔后，在焦炭塔内发生剧烈的裂化和缩合反应，生成大量的油气和焦炭。在焦化原料反应过程中生成了很多高粘度的胶质沥青状物质，这些胶质沥青状物质在油气的鼓动下，在焦炭塔内不断起泡和破泡，形成稳定的泡沫层。随着进料和反应时间增加，焦炭塔料面不断升高，泡沫层也随之增长。由于焦炭塔内气速较高，焦化后期焦炭塔内焦层上升到一定高度时，泡沫层中含有大量焦粉就会被油气夹带进入大油气管线和分馏塔中，导致大油气管线和分馏塔结焦。进而造成分馏塔底循环过滤器、辐射段进料过滤器和进料泵堵塞，炉管结焦，影响装置的安全生产。所以，为了减少焦粉夹带的不利影响，必须在焦炭塔内留有充足的空间高度，这就降低了焦炭塔的利用率。为了减少焦炭塔泡沫层的不利影响，国内外提出了一些专利技术以解决上述问题，例如现在工业上普遍采用延迟焦化装置加入消泡剂的方法降低或减少油气焦粉夹带的问题。

综上，目前为了减少焦炭塔内泡沫层高度，技术人员多采用向焦炭塔内加入消泡剂、设置机械消泡设备等方法，这些方法对减少延迟焦化装置的泡沫层高度均有一定的作用，但各有利弊。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种焦炭塔及利用焦炭塔的延迟焦化方法。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种焦炭塔，该焦化塔包括：顶部封头、上部筒体、上部锥体、下部筒体和底部锥体，顶部封头与上部筒体的顶部相连接，上部筒体的底部与上部锥体的顶部连接；上部锥体的底部与下部筒体的顶部相连接，下部筒体的底部与底部锥体的顶部相连接；上部筒体、上部锥体和下部筒体同轴设置，焦炭塔的上部筒体直径大于下部筒体直径。

在延迟焦化生产过程中，焦化油在焦化塔内发生剧烈的热反应，生成大量的油气和焦炭。在该生焦过程中，许多中间产物都是高粘度的胶质沥青状物质，这些胶质沥青状物质在油气的鼓动下，将在焦化塔内形成稳定的泡沫层。随着进料和反应时间增加，焦化塔料面不断升高，泡沫层也随之增长。由于焦化塔内气速较高，所以当泡沫层较高时，就会形成雾沫夹带。此时，泡沫层中的焦粉会被携带进入大油气线和分馏塔中，造成大油气线和分馏塔结焦。所以，为了降低焦粉夹带的不利影响，必须在焦化塔内留有充足的空间高度，这就降低了焦化塔的利用率。

目前，技术人员多采用向焦炭塔内加入消泡剂、设置机械消泡设备等方法，这些方法对减少延迟焦化装置的泡沫层高度均有一定的作用，但各有利弊，如消泡剂需要定时加入，一定程度上提高延迟焦化装置整体上的经济性和稳定。但是，含硅消泡剂会导致下游加氢装置催化剂中毒，而非硅的聚酶复合型消泡剂，虽然具有一定的消泡效果，但是原料构成复杂，成本较高。设置机械消泡设备不会出现消泡剂加入的不利影响，但是离心消泡器吸入的高温油气和焦粉易在离心消泡器和叶轮上结焦，该设备出现故障或机械部件损坏时，检修困难，影响装置的正常生产。

鉴于此，本发明实施例提供一种焦化塔，该焦化塔设计思路是提供一种对于原有焦化塔的结构改动小，又能有效的降低泡沫层的不利影响，能够尽量减少外界因素的介入对于焦化工艺的影响，目前的焦化塔由顶部封头、直筒型筒体和底部锥体组成，通常直筒型筒体的高度为20m－30m，内径为6m－10m，焦化原料在焦化塔内进行延迟焦化反应，焦化塔内部从底层向上依次为：进料区，焦炭区，泡沫区和气相区，延迟焦化反应得到的产物均分布在焦化塔内，随着时间的延长，焦炭区以上的泡沫区的面积越来越大，油气快速上升到焦炭塔的上部，造成泡沫区的面积进一步加大，表现为，泡沫区高度上升。发明人经过长期的实践提出一种改进的焦化塔，改进的焦化塔是对于将焦化塔的筒体结构进行改进，即将焦炭塔的上部筒体的直径扩大，将降低油气在焦炭塔上部的油气线速度。因此，有效降低了焦炭塔内泡沫层厚度，减少或避免了上升气流中泡沫携带的焦粉进入大油气管线和分馏塔中，有利于装置的长周期安全生产。

在可选的实施方式中，还包括：焦炭塔的顶部封头上设有钻焦口和油气出口，焦炭塔的底部锥体上设有进料口和焦炭出口。

在可选的实施方式中，焦炭塔的上部筒体直径为下部筒体直径的1.1－1.5倍，可以将焦化塔内油气的线速度降低20％－60％，油气速度降低太多，导致油气在焦炭塔内停留时间显著变长，油气发生二次反应减少液体收率。

优选的，焦炭塔的下部筒体直径为5m－10m。

在可选的实施方式中，焦炭塔的总高度为上部筒体、上部锥体和下部筒体高度的总和，且焦炭塔的总高度为20m－30m，

优选的，焦炭塔的上部筒体的高度为3m－10m，下部筒体5m－15m。

第二方面，本发明实施例提供一种利用上述焦炭塔的延迟焦化方法，包括以下步骤：将待焦化原料通入焦炭塔的底部锥体，在焦炭塔内进行延迟焦化反应。

在可选的实施方式中，待焦化原料是将焦化原料油与焦化循环油的混合物料加热，再次与氢气和降硫助剂混合后得到；

优选的，焦化原料油包括减压渣油、常压渣油、重质原油、减压蜡油、脱油沥青、脱沥青油、渣油加氢重油、热裂化渣油、润滑油精制的抽出油、催化裂化的循环油和澄清油以及乙烯裂解渣油和焦油沥青中的至少一种。

优选的，焦化循环油包括轻焦化蜡油和重焦化蜡油中的至少一种；轻焦化蜡油和重焦化蜡油的切割点为400℃－500℃。

在可选的实施方式中，焦化循环油与焦化原料油的质量比为0－0.5：1；

优选的，轻焦化蜡油作为焦化循环油时与焦化原料油的质量比为0－0.1：1。

优选的，重焦化蜡油作为焦化循环油时与焦化原料油的质量比为0－0.4：1。

本发明实施例提供一种延迟焦化方法，包括以下步骤：在焦化原料油和焦化循环油的混合物料进入焦化塔之前，将混合物料与氢气和降硫助剂再次进行混合，在氢气的存在下，可以使混合物料与氢气进行加氢反应，脱除混合物料中的硫、氮和金属等杂质，降低残炭值，同时亦副产一些轻质馏分油，而降硫助剂可以降低焦化原料在焦化过程中分布在焦炭塔顶部气相和焦炭中的硫。

在可选的实施方式中，将焦化原料油与焦化循环油的混合物料在加热炉中加热；

优选的，焦化原料油与焦化循环油的混合物料经加热炉加热后的温度为360℃－550℃；

更优选的，加热炉对流室出口温度为360℃－460℃，加热炉辐射室出口温度为400℃－550℃，更优选为480℃－510℃。

在可选的实施方式中，利用微气泡发生器将氢气和降硫助剂快速分散在焦化原料油与焦化循环油的混合物料中；

优选的，降硫助剂的加入量为焦化原料油总质量的0.1％－1％，氢气加入量为焦化原料油总质量的0.01％－0.2％。

本发明实施例提供的延迟焦化方法，包括以下步骤：焦化原料与循环油混合后一起进入焦化加热炉加热，加热到焦化温度后的焦化物流以高速进入微气泡发生器，利用微气泡发生器将氢气和降硫助剂快速高效地分散在焦化原料中，混合后的物流通过转油线进入焦炭塔，在焦炭塔内进行延迟焦化反应，生成的焦炭残留在焦炭塔内，反应生成的油气经塔顶大油气管线进入分馏塔进行分馏，经分馏后得到气体及焦化汽油，焦化柴油和焦化蜡油等产品。

在焦化原料油和焦化循环油的混合物料进入焦化塔之前，将混合物料与氢气和降硫助剂再次进行混合，为了使得氢气和降硫助剂能够更好的与焦化原料油与焦化循环油的混合物料混合，本发明实施例将微界面强化技术应用于焦化过程中，利用微气泡发生器可以大幅度强化氢气、降硫助剂与焦化原料的混合，增强氢气在多相反应过程中的传递速率，强化焦化原料微界面加氢脱硫效果，降低焦化产品尤其是石油焦的硫含量，提高焦化产品的性质。

在可选的实施方式中，焦炭塔内的焦化反应的条件为：焦化温度为450℃－500℃，充焦时间为12h－36h，塔顶压力为0.01mpa－0.3mpa；

优选的，焦化温度为460℃－480℃，充焦时间为18h－24h，塔顶压力为0.05mpa－0.15mpa；

优选的，焦炭塔的数量为2个或多个，多个焦炭塔并列设置。

本发明实施例提供一种延迟焦化方法，利用上述的焦化塔进行延迟焦化，经过分馏得到气体及焦化汽油，焦化柴油和焦化蜡油等产品，其中焦化蜡油的性质得到显著改善，由于油气在焦炭塔上部的线速度较低，油气携带的胶质沥青状物质等重组分明显减少，所以，分馏塔分离出的焦化蜡油的密度、粘度、残炭值和沥青质等含量低，焦化蜡油的性质好，有利于其后续加工。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种焦炭塔及利用焦炭塔的延迟焦化方法。焦炭塔顶部封头、上部筒体、上部锥体、下部筒体和底部锥体，其中上部筒体、上部锥体和下部筒体同轴设置，焦炭塔的上部筒体直径大于下部筒体的直径。将焦炭塔的上部筒体的直径扩大，将降低油气在焦炭塔上部的油气线速度。因此，有效降低了焦炭塔内泡沫层厚度，减少或避免了上升气流中泡沫携带的焦粉进入大油气管线和分馏塔中，有利于装置的长周期安全生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1中的左图为本发明实施例的焦炭塔结构示意图，右图为常规焦化塔的结构示意图；

图2是本发明实施例的工艺流程示意图。

图中编号：1－加热炉；2a/2b－焦炭塔；3－分馏塔；4a/4b－微气泡发生器；5－氢气；6－降硫助剂；100－顶部封头；200－上部筒体；300－上部锥体；400－下部筒体；500－底部锥体；600－进料口；700－焦炭出口；800－油气出口；900－钻焦口；1000－安全阀口；其它的均为管线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

参照图1中的左图所示，焦化塔包括：顶部封头100、上部筒体200、上部锥体300、下部筒体400和底部锥体500，上部筒体200位于顶部封头100和上部锥体300之间，上部筒体200的顶面与顶部封头100连接，底面与上部锥体300连接，下部筒体400位于上部锥体300和底部锥体500之间，下部筒体400的顶面与上部锥体300连接，底面与底部锥体500连接，上部筒体200、上部锥体300和下部筒体400均为同轴设置，焦炭塔的上部筒体200直径为下部筒体400直径的1.25倍，焦炭塔的顶部封头设有钻焦口900、油气出口800和安全阀口1000，焦炭塔的底部锥体设有进料口600和焦炭出口700。

焦炭塔的总高度h为25.0m(高度不计顶部和底部锥体500高度)，焦炭塔的下部筒体400直径d为6.0m，高度h为15.0m，焦炭塔的上部筒体200直径为7.5m，上部筒体200的高度为8.0m，上部锥体300上的高度为2.0m。

实施例2

利用如图1中的左图中的焦化塔(即实施例1中的焦炭塔)对焦化原料进行延迟焦化方法，具体步骤如下：

参照图2所示，将焦化原料油与循环油按1：0.2(质量比)混合得到的混合物料一起送入焦化加热炉1加热，加热到焦化温度后的焦化物流以高速通过转油线进入焦炭塔2a中，在焦炭塔内进行延迟焦化反应，反应生成的焦炭残留在焦炭塔内，油气经塔顶大油气管线进入分馏塔3进行分馏，经分馏后得到气体及焦化汽油，焦化柴油和焦化蜡油等产品。

实施例3

利用如图1中的左图中的焦化塔(即实施例1中的焦炭塔)对焦化原料进行延迟焦化方法，具体步骤如下：

参照图2所示，将焦化原料油与循环油按1：0.2(质量比)混合得到的混合物料一起送入焦化加热炉1加热，加热到焦化温度后的焦化物流以高速进入微气泡发生器，利用微气泡发生器4a/4b将氢气5(焦化原料的0.05％)和降硫助剂6(焦化原料的0.5％)快速高效地分散在混合物料中，将再次混合后的物流通过转油线进入焦炭塔2a中，在焦炭塔内进行延迟焦化反应，反应生成的焦炭残留在焦炭塔内，油气经塔顶大油气管线进入分馏塔3进行分馏，经分馏后得到气体及焦化汽油，焦化柴油和焦化蜡油等产品。

对比例

利用如图1中的右图中的焦化塔(即常规焦炭塔)对焦化原料进行延迟焦化方法，对比例所用的延迟焦化工艺过程同本发明实施例2，主要差别在于：1)、对比例的焦炭塔结构不同，对比例的焦炭塔为常规焦化塔(参见图1右图所示)，即常规焦炭塔由顶部封头100、直筒型筒体和底部锥体500组成，直筒型筒体的高度为25m，内径为6.0m，可见常规焦化塔没有上部扩大段和上部锥体300；2)、对比例未设置微气泡发生器，没有注入氢气和降硫助剂。

各实施例和对比例所使用的原料油均为同一种减压渣油进料，其性质见表1。

表1减压渣油的主要物性

实施例和对比例提供的延迟焦化方法处理同样重量的焦化原料，实施例和对比例操作参数及产品分布如表2所示。

表2实施例和对比例的操作条件及产品分布

由以上的表2可以看出：以减压渣油为焦化进料，实施例3由于降硫助剂和氢气的加入，增加了液体收率，这是因为，降硫助剂和氢气的共同作用下实现了缓和加氢的作用，因此可以提高装置的液体收率，减少焦炭产率。同时，对比例的焦炭塔上部油气线速度为0.144m/s，而本发明实施例2中焦炭塔上部油气线速度仅为0.095m/s，实施例3中虽然额外注入了一定量的氢气，但是焦炭塔上部的油气线速度也仅为0.126m/s，两个实施例的油气线速度均小于对比例，因此，本发明的实施例可以降低焦化塔内泡沫层高度，减少油气的焦粉携带量，焦化蜡油的性质可以更好。

对于以上表2中的实施例和对比例得到的焦化蜡油的性质的检测结果如表3所示。

表3实施例2和对比例的焦化蜡油的性质检测结果

由以上表3可以看出：与对比例相比，本发明实施例2得到的焦化蜡油的密度由0.9878g/cm³减小到0.9722g/cm³、残炭值由0.21％减小到0.11％、硫含量由1.32％减小到1.09％、沥青质由0.16％减小到0.08％、分子量由355g/mol降低到了341g/mol、馏程的95％点由476.4℃减小到449.8℃。

以下表4为实施例3和对比例的石油焦的性质分析。

表4实施例3和对比例的石油焦的性质分析

由以上的表4可以看出：与对比例相比，本发明实施例3得到的石油焦的挥发份由11.59％减小到10.28％，最明显的变化是石油焦的硫含量，由2.39％减小到1.55％，硫含量降低了30％以上。可见，采用本发明实施例提供的焦炭塔及延迟焦化方法得到的焦化蜡油和石油焦的性质得到了明显改善，有利于焦化蜡油和石油焦的后续加工利用。

综上，本发明实施例提供一种焦炭塔及利用焦炭塔的延迟焦化方法。焦化塔包括：顶部封头、上部筒体、上部锥体、下部筒体和底部锥体，顶部封头与上部筒体的顶部相连接，上部筒体的底部与上部锥体的顶部连接；上部锥体的底部与下部筒体的顶部相连接，下部筒体的底部与底部锥体的顶部相连接；上部筒体、上部锥体和下部筒体同轴设置，焦炭塔的上部筒体直径大于下部筒体直径。将焦炭塔的上部筒体的直径扩大，将降低油气在焦炭塔上部的油气线速度。因此，有效降低了焦炭塔内泡沫层厚度，减少或避免了上升气流中泡沫携带的焦粉进入大油气管线和分馏塔中，有利于装置的长周期安全生产。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下的有益效果：

(1)焦化蜡油的性质得到显著改善，由于油气在焦炭塔上部的线速度较低，油气携带的胶质沥青状物质等重组分明显减少，所以，分馏塔分离出的焦化蜡油的密度、粘度、残炭值和沥青质等含量低，焦化蜡油的性质好，有利于其后续加工。

(2)由于该焦炭塔的上部筒体的直径较大，可以降低油气在焦炭塔上部的油气线速度，因此，有效降低了焦炭塔内泡沫层厚度，减少或避免了上升气流中泡沫携带的焦粉进入大油气管线和分馏塔中，有利于装置的长周期安全生产。

(3)大大减少或完全避免了消泡剂的用量，不仅能降低成本、提高经济效率，同时也不会对焦化液体产品的后续加工产生不利影响。

(4)将微界面强化技术应用于焦化过程中，利用微气泡发生器可以大幅度强化氢气、降硫助剂与焦化原料的混合，增强氢气在多相反应过程中的传递速率，强化焦化原料微界面加氢脱硫效果，降低焦化产品尤其是石油焦的硫含量。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。