[发明专利]焦化工艺中促进工艺操作和经济的增强的催化反应

说明书

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请第61/794,192号的优先权，其整体通过引用并入本文中。本申请还是于2013年2月12日提交的第13/765,461号的部分继续申请，该第13/765,461号为2009年2月16日提交的美国申请第12/371,909号(现为美国专利8,372,264号)的继续申请，该美国申请第12/371,909号是于2009年2月11日提交的美国申请12/377,188号(现为美国专利8,372,265号)的部分继续申请，该美国申请12/377,188号要求2007年11月19日提交的PCT申请PCT/US2007/085111号的优先权，该PCT申请要求于2006年11月17日提交的美国临时申请第60/866,345号的优先权，它们整体通过引用均并入本文中。

背景技术和发明内容

本发明的示例性实施方式一般涉及热焦化工艺领域，并更具体地，涉及对石油炼制热焦化工艺的改进，以选择性地和/或催化地裂化或焦化焦化器原料、再循环和瓦斯油工艺流的组分，并提高更有价值产品流的生产。本发明的示例性实施方式还一般涉及用于燃料、阳极、电极或其它特种碳产品和市场的具有独特特性的各类石油焦的生产。

自二十世纪30年代起已开发了热焦化工艺来帮助原油炼油厂处理“残渣油(bottomofthebarrel)”。通常，现代热焦化工艺使用高强度、热分解(或“裂化”)以最大化非常重质、低价值残渣原料向更高价值的较低沸点烃产品的转化。这些焦化工艺的给料通常由炼油厂工艺流组成，该工艺流不能被经济地进一步蒸馏、催化裂化或加工成燃料级混合流。典型地，由于催化剂被煤灰和金属结垢和/或失活，这些材料不适于催化操作。一般的焦化给料包括常压蒸馏残渣、真空蒸馏残渣、催化裂化渣油、加氢裂化渣油和来自其他炼油单元的渣油。

当前有三种主要类型的现代焦化工艺用于原油炼油厂(并提升设施)以将重质原油部分(或来自页岩油或焦油砂的沥青)转化为较轻质烃和石油焦：延迟焦化、流化焦化和灵活焦化。本领域技术人员熟悉这些热焦化工艺。在所有这三种焦化工艺中，石油焦被认为是为了将炼油厂残渣向较轻质烃化合物(以下讨论中被称作“裂化液”)更完全地转化而得到容忍的副产品。这些裂化液从戊烷到通常具有350至950F沸点范围的复杂烃类。在所有这三种焦化工艺中，“裂化液”和其他产品以蒸汽形式从焦化容器移至分馏器。较重裂化液(如，瓦斯油)通常用作进一步炼油过程(如，流化催化裂化单元或FCCU)的给料，将它们转化为运输燃料混合料。

由于更易得和较低成本，原油炼油厂有规律地在其原油混合物中增加较重质原油的使用。这些较重质原油具有更大比例的“残渣油”组分，增加对焦化器效能的需求。因此，焦化器常常成为限制炼油厂产量的炼油厂瓶颈。同样，这些较重质原油常含有较高浓度的、含有较高浓度的硫、氮和诸如钒和镍的重金属的大型芳香结构(如，沥青质和树脂)。结果，焦化反应(或机制)显著不同，并且倾向于生产稠密的、粒状(相对于海绵状)的焦炭晶体结构(或形态)，在石油焦和焦化瓦斯油中具有较高浓度的不需污染物。因此，这三种焦化工艺在其各自技术中已经过了多年的多种改进。

很多炼油厂依赖缓解焦化器瓶颈的技术改进。一些炼油厂改善其真空原油塔，最大化每桶原油的真空瓦斯油的生产，以降低向焦化工艺的进料(如，真空减少的原油或VRC)并缓和焦化器效能问题。然而，这并不足够，并且焦化工艺技术中的改进常常更为有效。在延迟焦化中，技术改进集中在降低循环时间、再循环率、和/或鼓压(增加或不增加加热器出口温度)，以降低焦炭生产并增加焦化器效能。类似的技术改进也发生在其他焦化工艺中。

此外，常改进焦化器给料，以缓和与粒状焦产生或‘热点’或在从焦化容器中切削焦炭时蒸汽‘喷出’有关的安全问题。在很多情况中，来自FCCU的倾析的於浆油、重质循环油、和/或轻质循环油添加至焦化原料以增加海绵状焦形态(即，降低粒状焦产生)。这种海绵状焦的增加通常足以缓和伴随粒状焦的安全问题(如，滚出鼓、堵塞排出管等)。同样地，海绵状焦的增加可提供足够的孔使骤冷剂具有更好的冷却效果，以避免由于焦炭切削前焦炭局部区域未充分冷却的“热点”和蒸汽“喷出”。然而，向焦化器原料添加这些材料降低了焦化工艺效能。或者，很多炼油厂限制炼油厂原油板岩中原油的使用，由于焦化循环结束时这些热液体的不充分冷却，上述原油的使用引起传统焦化工艺中焦化器原料中组分既不裂化也不焦化，并引起“热点”和/或蒸汽“喷出”。