一种焦化系统和焦化方法
本发明涉及一种焦化系统以及相应的焦化方法。所述焦化系统包含第1个至第m个加热单元和第1个至第n个焦炭塔，所述m个加热单元中的每一个分别与所述n个焦炭塔连通，所述n个焦炭塔中每一个焦炭塔分别与一个或多个分离塔连通，所述一个或多个分离塔与所述第m个加热单元连通并任选与第i个加热单元连通，数值m、n和i如说明书所述定义。所述焦化系统至少能够利用石油系或煤系原料生产性能稳定的高品质针状焦。
发明专利
CN201811351063.6
2018-11-14
CN109777459A
2019-05-21
C10B55/00(2006.01)
中国石油化工股份有限公司
初人庆;方向晨;郭丹;宋永一;刘继华;勾连忠;矫德卫;武云
100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号
1.一种焦化系统，包含第1个至第m个（共计m个）加热单元（优选换热器或加热炉，更优选加热炉）和第1个至第n个（共计n个）焦炭塔，m是2至n-1的任意整数，n是3以上的任意整数（优选3至20的任意整数，更优选3至5的任意整数，更优选3），所述m个加热单元中的每一个分别与所述n个焦炭塔连通，所述n个焦炭塔中每一个焦炭塔（优选塔上部和/或塔顶）分别与一个或多个（优选一个）分离塔（优选精馏塔、闪蒸塔、蒸发塔或分馏塔，更优选分馏塔）连通，所述一个或多个分离塔（优选塔下部和/或塔底）与所述第m个加热单元连通并任选与第i个加热单元（i为大于1且小于m的任意整数）连通（优选不与所述第1个加热单元连通）。 2.权利要求1所述的焦化系统，还包含控制单元，设所述n个焦炭塔中第h个（h是1至n的任意整数）焦炭塔的起始充焦时刻为T0，终止充焦时刻为Te，则所述控制单元被构造为能够从所述时刻T0开始，按照从所述第1个加热单元至所述第m个加热单元的顺序顺次启动和终止每个加热单元向所述第h个焦炭塔的物料输送，在所述时刻Te，终止所述第m个加热单元向所述第h个焦炭塔的物料输送。 3.权利要求1所述的焦化系统，还包括在至少一个所述加热单元（优选所述第m个加热单元，并任选第i个加热单元，其中i为大于1且小于m的任意整数）的入口和/或出口设置的至少一个过滤装置。 4.权利要求1所述的焦化系统，还包括至少一个生焦原料储罐，其中所述至少一个生焦原料储罐与所述第1个加热单元连通并任选与第i个加热单元（i为大于1且小于m的任意整数）连通（优选不与所述第m个加热单元连通）。 5.一种焦化系统，包括三个焦炭塔、两套加热炉、分馏塔和拉焦原料储罐，三个焦炭塔分别记为焦炭塔a、焦炭塔b、焦炭塔c；两套加热炉分别记为加热炉a、加热炉b，所述任一焦炭塔同两套加热炉相连接，所述任一焦炭塔的塔顶与分馏塔入口通过管线相连接，所述分馏塔的塔底出口同拉焦原料储罐相连接，所述拉焦原料储罐同加热炉b相连接将来自于拉焦原料储罐的物料（比如焦化蜡油）加热至焦化塔的进料温度，所述加热炉a同原料罐相连接将焦化原料加热至焦化塔的进料温度。 6.一种焦化方法，包括利用m个加热单元和n个焦炭塔进行焦化的步骤，其中m是2至n-1的任意整数，n是3以上的任意整数（优选3至20的任意整数，更优选3至5的任意整数，更优选3），所述m个加热单元中的每一个分别与所述n个焦炭塔以物料输送方式连通，设所述n个焦炭塔中第h个（h是1至n的任意整数）焦炭塔的起始充焦时刻为T0，终止充焦时刻为Te，则从所述时刻T0开始，按照从所述第1个加热单元至所述第m个加热单元的顺序顺次启动和终止每个加热单元向所述第h个焦炭塔的物料输送，在所述时刻Te，终止所述第m个加热单元向所述第h个焦炭塔的物料输送。 7.权利要求6所述的焦化方法，其中在所述时刻Te，所述第1个至第m个加热单元向所述第h个焦炭塔的物料输送量之和等于所述第h个焦炭塔的目标充焦容量。 8.权利要求6所述的焦化方法，其中在一个物料输送循环周期内，所述第1个至第m个加热单元中的每一个加热单元仅向所述第h个焦炭塔输送物料一个批次，或者在一个物料输送循环周期内的任意时刻，所述第h个焦炭塔或者（i）不接受输送物料或者（ii）只接受来自于所述第1个至第m个加热单元中仅一个加热单元的输送物料。 9.权利要求6所述的焦化方法，其中在一个物料输送循环周期结束之后，对所述第h个焦炭塔进行吹扫和除焦操作，然后或者（i）所述第h个焦炭塔处于备用状态；或者（ii）针对所述第h个焦炭塔开始下一个物料输送循环周期。 10.权利要求6所述的焦化方法，其中所述第1个至第m个加热单元中的每一个将其输送物料加热至所述第h个焦炭塔对该输送物料要求的进料温度。 11.权利要求6所述的焦化方法，其中所述第1个加热单元将其输送物料（称为第1个输送物料）加热至进料温度W1为400℃-480℃（优选420℃-460℃），并且所述第1个输送物料使得所述第h个焦炭塔的塔内气速G1达到0.05-0.25m/s（优选0.05-0.10m/s），所述第m个加热单元将其输送物料（称为第m个输送物料）加热至进料温度Wm为460℃-530℃（优选460℃-500℃），并且所述第m个输送物料使得所述第h个焦炭塔的塔内气速Gm达到0.10-0.30m/s（优选0.15-0.20m/s），第i个加热单元（i为大于1且小于m的任意整数）将其输送物料（称为第i个输送物料）加热至进料温度Wi（W1≤Wi≤Wm），并且所述第i个输送物料使得所述第h个焦炭塔的塔内气速Gi达到G1≤Gi≤Gm，和/或，所述第1个加热单元对其输送物料的升温速率V1为1-30℃/h（优选1-10℃/h），所述第m个加热单元对其输送物料的升温速率Vm为30-150℃/h（优选50-100℃/h），第i个加热单元（i为大于1且小于m的任意整数）对其输送物料的升温速率Vi满足关系式V1≤Vi≤Vm。 12.权利要求6所述的焦化方法，其中将所述n个焦炭塔中每一个焦炭塔的塔上部物料和/或塔顶物料（优选塔顶物料）输送至一个或多个（优选一个）分离塔（优选精馏塔、闪蒸塔、蒸发塔或分馏塔，更优选分馏塔），并且在所述一个或多个分离塔中，所述物料至少被分离为所述分离塔的塔顶物料和所述分离塔的塔底物料。 13.权利要求6或12所述的焦化方法，其中所述一个或多个分离塔的操作条件包括：塔顶压力0.01-0.8MPa，塔顶温度100-200℃，塔底温度280-400℃，和/或，所述n个焦炭塔的操作条件彼此相同或不同，各自独立地包括：塔顶压力0.01-1.0MPa，塔顶温度300-470℃，塔底温度350-510℃。 14.权利要求12所述的焦化方法，其中所述第1个加热单元以（优选仅以）生焦原料作为输送物料，所述第m个加热单元以（优选仅以）拉焦原料作为输送物料（优选至少包含所述分离塔的塔底物料），第i个加热单元（i为大于1且小于m的任意整数）以选自所述生焦原料和所述拉焦原料中的至少一种作为输送物料。 15.权利要求14所述的焦化方法，其中所述生焦原料选自煤系原料和石油系原料中的至少一种（优选硫含量<0.6wt%，更优选<0.5wt%，并且胶质和沥青质含量<10.0wt%，优选<5.0wt%，更优选<2.0wt%），优选选自煤焦油、煤焦油沥青、石油重油、乙烯焦油、催化裂化渣油或热裂化渣油中的至少一种，并且其生焦率（称为生焦率A）为10-80%（优选20-70%，更优选30-60%），和/或，所述分离塔的塔底物料的10%馏出点温度为300℃-400℃（优选350℃-380℃）、90%馏出点温度为450℃-500℃（优选460℃-480℃），和/或，所述拉焦原料选自煤系原料和石油系原料中的至少一种（优选选自焦化蜡油、焦化柴油、乙烯焦油和热裂化重油中的至少一种，更优选硫含量<1.0wt%，更优选<0.6wt%），并且其生焦率（称为生焦率B）为1-40%（优选1-20%，更优选1-10%），前提是生焦率A＞生焦率B。 16.权利要求14所述的焦化方法，其中在一个物料输送循环周期内，向第h个（h是1至n的任意整数）焦炭塔输送的拉焦原料总量与生焦原料总量的重量比例为0.5-4.0（优选1.0-2.0）。 17.权利要求6所述的焦化方法，其中设Te-T0=T，则所述第h个焦炭塔的充焦周期T为10-60小时（优选24-48小时），或者，所述n个焦炭塔的充焦周期T彼此相同或不同（优选彼此相同），各自独立地为10-60小时（优选24-48小时）。 18.权利要求6所述的焦化方法，其中在一个物料输送循环周期内，设所述一个物料输送循环周期为TC（单位是小时），设所述第1个至第m个加热单元向所述第h个焦炭塔各自的物料输送时间分别为D1至Dm（单位是小时），则D1/TC=10-90%或30-70%，D2/TC=10-90%或30-70%，…，Dm/TC=10-90%或30-70%，并且TC/2≤D1+D2+…+Dm≤TC（优选D1+D2+…+Dm=TC），或者，D1=D2=…=Dm=TC/m=T/m，并且D1+D2+…+Dm=TC=T，其中T为所述第h个焦炭塔的充焦周期。 19.权利要求6所述的焦化方法，其中设所述n个焦炭塔中任意编号相邻（编号1与编号n被定义为编号相邻）的两个焦炭塔分别为第a个焦炭塔和第b个焦炭塔（其中a是1至n的任意整数，b是1至n的任意整数，但a≠b），则在结束第j个加热单元（j为1至m的任意整数）向所述第a个焦炭塔的物料输送的时刻，开始所述第j个加热单元向所述第b个焦炭塔的物料输送。 20. 权利要求14所述的焦化方法，其中选自所述生焦原料和所述拉焦原料中的至少一种物料（优选所述拉焦原料，更优选所述分离塔的塔底物料）在进入加热单元之前和/或在进入焦炭塔之前（优选在进入加热单元之前，更优选在进入所述第m个加热单元之前，并任选在进入第i个加热单元之前，其中i为大于1且小于m的任意整数）进行过滤，由此将所述物料的焦粉颗粒浓度控制在0-200mg/L（优选0-100mg/L，更优选0-50 mg/L）。 21.权利要求6所述的焦化方法，其中将所述n个焦炭塔中的每一个焦炭塔的塔上部物料和/或塔顶物料（优选塔顶物料）的至少一部分（比如10wt%以上，20wt%以上，30wt%以上，40wt%以上，50wt%以上，60wt%以上，70wt%以上，80wt%以上，90wt%以上或100wt%）输送至一个或多个（优选一个）分离塔（优选精馏塔、闪蒸塔、蒸发塔或分馏塔，更优选分馏塔），并且将所述一个或多个分离塔的塔下部物料和/或塔底物料的至少一部分（比如10wt%以上，20wt%以上，30wt%以上，40wt%以上，50wt%以上，60wt%以上，70wt%以上，80wt%以上，90wt%以上或100wt%）输送至所述第m个加热单元以及任选输送至第i个加热单元（i为大于1且小于m的任意整数），优选不输送至所述第1个加热单元。 22.权利要求6所述的焦化方法，其中设m=2，n=3，3个焦炭塔分别记为焦炭塔a、焦炭塔b和焦炭塔c，2个加热单元分别记为加热单元a和加热单元b，所述3个焦炭塔中每一个焦炭塔的塔顶物料（油气）与一个所述分离塔以物料输送方式连通，所述加热单元a输送并加热生焦原料，所述加热单元b输送并加热拉焦原料（比如焦化蜡油）， 所述焦化方法至少包括以下步骤： （1）向所述焦炭塔a进料生焦原料，焦炭塔a产生的油气进入所述分离塔，至少分离出焦化蜡油； （2）当所述焦炭塔a的进料持续时间达到所述焦炭塔a的充焦周期T的30-70%（优选约50%）时，终止生焦原料向所述焦炭塔a的进料，同时开始生焦原料向所述焦炭塔b的进料和开始所述拉焦原料向所述焦炭塔a的进料，焦炭塔b产生的油气进入所述分离塔，至少分离出焦化蜡油； （3）当所述焦炭塔b的进料持续时间达到所述焦炭塔b的充焦周期T的30-70%（优选约50%）时，终止生焦原料向所述焦炭塔b的进料，同时开始生焦原料向所述焦炭塔c的进料、开始所述拉焦原料向所述焦炭塔b的进料和终止所述拉焦原料向所述焦炭塔a的进料，焦炭塔c产生的油气进入所述分离塔，至少分离出焦化蜡油； （4）对所述焦炭塔a进行水蒸气吹扫和除焦操作； （5）当所述焦炭塔c的进料持续时间达到所述焦炭塔c的充焦周期T的30-70%（优选约50%）时，终止生焦原料向所述焦炭塔c的进料，同时开始生焦原料向所述焦炭塔a的进料、开始所述拉焦原料向所述焦炭塔c的进料和终止所述拉焦原料向所述焦炭塔b的进料，焦炭塔a产生的油气进入所述分离塔，至少分离出焦化蜡油； （6）对所述焦炭塔b进行水蒸气吹扫和除焦操作； （7）当所述焦炭塔a的进料持续时间达到所述焦炭塔a的充焦周期T的30-70%（优选约50%）时，终止生焦原料向所述焦炭塔a的进料，同时开始生焦原料向所述焦炭塔b的进料、开始所述拉焦原料向所述焦炭塔a的进料和终止所述拉焦原料向所述焦炭塔c的进料，焦炭塔b产生的油气进入所述分离塔，至少分离出焦化蜡油； （8）对所述焦炭塔c进行水蒸气吹扫和除焦操作；和 （9）重复所述步骤（3）至所述步骤（8）。 23.一种焦化方法，所采用的焦化装置包括三个焦炭塔、两套加热炉、分馏塔和拉焦原料储罐，三个焦炭塔分别记为焦炭塔a、焦炭塔b、焦炭塔c；两套加热炉分别记为加热炉a、加热炉b，所述任一焦炭塔同两套加热炉相连接，所述任一焦炭塔的塔顶与分馏塔入口通过管线相连接，所述分馏塔的塔底出口同拉焦原料储罐相连接，所述加热炉b同拉焦原料储罐相连接将来自于拉焦原料储罐的物料（比如焦化蜡油）加热至焦化塔的进料温度，所述加热炉a同原料罐相连接用于将新鲜原料加热至焦化塔的进料温度； 具体操作过程如下： （1）焦化原料经加热炉a加热进入焦化塔a，生成的油气进入分馏塔，分馏得到气体、焦化汽油、焦化柴油及塔底焦化蜡油，其中，塔底焦化蜡油引入设置的拉焦原料储罐； （2）当步骤（1）中焦炭塔a进料持续时间占总生焦周期的30-70%时，将焦炭塔a焦化进料切换至焦炭塔b，对焦炭塔b重复步骤（1）中的焦炭塔a充焦过程，焦炭塔a则由拉焦原料（比如焦化蜡油）经过加热炉b加热继续充焦； （3）当步骤（2）中焦炭塔b进料持续时间占总生焦周期的30-70%时，将焦炭塔b焦化进料切换至焦炭塔c，对焦炭塔c进行步骤（1）中的焦炭塔a充焦过程，将经过加热炉b加热至相对较高温度的拉焦原料（比如焦化蜡油）切换至焦炭塔b，焦炭塔a此时则进行水蒸气吹扫、除焦操作过程，并使之安装完毕处于待充焦状态； （4）当步骤（3）中焦炭塔c进料持续时间占总生焦周期的30-70%时，焦炭塔c焦化进料切换至焦炭塔a，焦炭塔a重复上述步骤（1）过程，将经过加热炉b加热至相对较高温度的拉焦原料（比如焦化蜡油）切换至焦炭塔c，焦炭塔b此时则进行水蒸气吹扫、除等操作过程，并使之安装完毕处于待充焦状态； （5）当步骤（4）中焦炭塔a进料持续时间占总生焦周期的30-70%时，将焦炭塔a焦化进料切换至焦炭塔b，对焦炭塔b重复步骤（1）中的焦炭塔a充焦过程，将经过加热炉b加热至相对较高温度的拉焦原料（比如焦化蜡油）切换至焦炭塔a，焦炭塔c此时则进行水蒸气吹扫、除焦操作过程，并使之安装完毕处于待充焦状态； （6）重复上述步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）过程。