DE1010681B

DE1010681B - Process for coking heavy hydrocarbon oils

Info

Publication number: DE1010681B
Application number: DEE10718A
Authority: DE
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1954-05-14
Filing date: 1955-05-12
Publication date: 1957-06-19

Description

Verfahren zur Verkokung schwerer Kohlenwasserstofföle Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Verkokung schwerer Kohlenwasserstofföle, wobei man eine Verkokungsbeschickung mit Koksteilchen, die eine dichte Wirbelschicht bilden, bei Verkokungstemperaturen zusammenbringt. Insbesondere bezieht sie sich auf ein geschlossenes Verfahren dieser Art, bei dem man keine großen Koksklumpen aus der Wirbelschicht-Verkokungskammer mehr zu entfernen braucht.Process for Coking Heavy Hydrocarbon Oils The Invention relates to an improved process for coking heavy hydrocarbon oils, being a coking charge with coke particles forming a dense fluidized bed form, brings together at coking temperatures. In particular, it relates to a closed process of this kind that does not involve large lumps of coke needs to be removed more from the fluidized bed coking chamber.

Neuerdings wurde ein verbessertes Verfahren entwickelt, das als Wirbelschicht-Verkokungsverfahren bekannt ist, nach dem man aus schwereren Kohlenwasserstoffölen niedrigersiedende Fraktionen herstellen kann. Die Wirbelschicht-Verkokungsanlage besteht dabei hauptsächlich aus einem Reaktionsbehälter oder einer Verkokungskammer, die eine engbegrenzte Abstreifzone enthält, die in einem umgekehrt konischen Teil endet, sowie aus einer Heizkammer oder einem Brenner. Bei diesem Verfahren wird das zu behandelnde schwere Öl in die Reaktionskammer eingespritzt, in der sich eine dichte Wirbelschicht aus heißen inerten festen Teilchen, vorzugsweise Koksteilchen, befindet. In der Verkokungszone herrscht eine gleichmäßige Temperatur. Gleichmäßiges Durchmischen in der Schicht führt zu praktisch überall gleichen Temperaturbedingungen und zu einer sofortigen Verteilung des Beschickungsgutes. In der Reaktionszone wird die Beschickung teils verdampft und teils gecrackt.Recently, an improved process has been developed, known as the fluidized bed coking process is known, according to which lower-boiling from heavier hydrocarbon oils Can create factions. The fluidized bed coking plant mainly consists of this from a reaction vessel or a coking chamber, which has a narrow stripping zone which ends in an inverted conical part, as well as from a heating chamber or a burner. In this process, the heavy oil to be treated is poured into the Injected reaction chamber in which a dense fluidized bed of hot inert solid particles, preferably coke particles, is located. In the coking zone prevails an even temperature. Even mixing in the layer leads to practically everywhere the same temperature conditions and immediate distribution of the load. Some of the feed is evaporated in the reaction zone and partly cracked.

Die Produktdämpfe ziehen aus der Verkokungskammer ab und gelangen zur Gewinnung von Gas und leichten Destillaten in eine Fraktioniersäule. Etwa noch vorhandene schwere Ölrückstände werden gewöhnlich in die Verkokungskammer zurückgeführt. Der während des Verfahrens entstehende Koks scheidet sich auf den festen Teilchen in der Schicht ab. In die Abstreifzone wird der Dampf eingeblasen, der dazu dient, das Öl von den Koksteilchen abzustreifen, bevor diese in die Heizkammer gelangen, und außerdem die Aufwirbelung der Teilchen zu unterstützen.The product vapors withdraw from the coking chamber and get there for the recovery of gas and light distillates in a fractionation column. About still Any heavy oil residue that is present is usually returned to the coking chamber. The coke produced during the process is deposited on the solid particles in the shift. The steam is blown into the stripping zone, which serves to stripping the oil from the coke particles before they enter the heating chamber, and also to assist in the fluidization of the particles.

Die zur Durchführung der endothermen Verkokungsreaktion benötigte Wärme wird in der Heizkammer erzeugt. Man zieht durch Stand- und Steigrohre einen Koksstrom aus der Verkokungskammer ab und überführt ihn in die Heizkammer. Dort werden die festen Teilchen durch Verbrennung ausreichender Mengen Koks oder kohlenstoffhaltiger Stoffe genügend hoch erwärmt, um den Wärmebedarf des Systems zu decken. Die festen Stoffe in der Heizkammer werden auf einer höheren Temperatur gehalten als diejenigen in der Reaktionskammer. Zu diesem Zweck verbrennt man von der Pechbeschickung etwa 5 °/o; das entspricht etwa 15 bis 30 % des bei dem Verfahren erzeugten Kokses. Die Menge an uriverbranntem Koks stellt die nach dem Verfahren erhaltene Netto-Koksausbeute dar. Zu den schweren Kohlenwasserstoffölen, die sich am besten als Beschickung für solche Verkokungsverfahren eignen, gehören schwere oder reduzierte Rohöle, Rückstände von der Vakuum-Öldestillation, Pech, Asphalt, andere schwere Kohlenwasserstoff-Rückstände oder Gemische davon. Derartige Beschickungen können beispielsweise einen Siedebeginn von etwa 370°, eine Dichte von etwa 0,934 bis 1,076, z. B. 1,061, und einen Gehalt an Kohlerückständen nach Conradson von etwa 5 bis 40 Gewichtsprozent haben. (Über die Bestimmung der Kohlerückstände nach C o n r a d s o n vgl. die ASTM-Prüfung D-180-52): Vorzugsweise arbeitet man mit festen Stoffen einer mittleren Teilchengröße von 50 bis 1000&., vorzugsweise 100 bis 400.. Zweckmäßig besitzen nicht mehr als 511/, dieser Teilchen einen Durchmesser von unter etwa 75#t, da die kleinen Teilchen leicht zusammenbacken oder mit den entweichenden Gasen fortgerissen werden.The one needed to carry out the endothermic coking reaction Heat is generated in the heating chamber. You pull one through standpipes and risers Coke stream from the coking chamber and transfers it to the heating chamber. there the solid particles become by burning sufficient amounts of coke or carbonaceous Substances heated sufficiently to cover the system's heat requirements. The firm ones Substances in the heating chamber are kept at a higher temperature than those in the reaction chamber. For this purpose one burns from the pitch charge, for example 5%; this corresponds to about 15 to 30% of the coke produced in the process. the The amount of urine-burned coke represents the net yield of coke obtained by the process One of the heavy hydrocarbon oils best used as a feed for Such coking processes suitable include heavy or reduced crude oils, residues from vacuum oil distillation, pitch, asphalt, other heavy hydrocarbon residues or mixtures thereof. Such charges can, for example, start boiling of about 370 °, a density of about 0.934 to 1.076, e.g. B. 1.061, and a salary of about 5 to 40 percent by weight of coal residues according to Conradson. (Above the determination of the coal residues according to C o n r a d s o n see the ASTM test D-180-52): Solid substances with an average particle size are preferably used from 50 to 1000 &., preferably 100 to 400 .. Appropriately no more than 511 /, these particles have a diameter of less than about 75 # t because the small ones Particles stick together easily or are carried away with the escaping gases.

Zu den Schwierigkeiten, denen man bei Wirbelschicht-Verkokungsverfahren begegnet, gehört unter anderem die Bildung großer Koksstücke oder -klumpen. Da diese normalerweise zu groß sind, um auf die übliche Weise ausgetragen zu werden, sammeln sie sich am Boden des konischen Teiles unterhalb des Abstreifers an. Diese Klumpen oder großen Stücke sind viel größer als die obenerwähnten Wirbelschicht-Koksteilchen oder diejenigen Koksteilchen, die während des Verfahrens infolge unvollkommener Verbrennung des Kokses an Größe zugenommen haben. Diese letztgenannten, durch normale Koksabscheidungen entstandenen Teilchen zieht man auf dem gewöhnlichen Wege ab, bevor sie zu groß werden.Among the difficulties encountered with fluidized bed coking processes encounters, among other things, the formation of large pieces or lumps of coke. This one usually too large to be played in the normal way they are at the bottom of the conical part below the scraper. These lumps or large chunks are much larger than the fluidized bed coke particles mentioned above or those coke particles that are imperfect during the process as a result Burning the coke increased in size. These latter, through normal Particles formed by coke deposits are removed in the usual way, before they get too big.

Die sich in dem konischen Teil ansammelnden großen Klumpen besitzen einen Durchmesser von mindestens 9 bis zu 125 mm. Die Bildung solcher Klumpen ist offenbar auf falsches Arbeiten der Einspritzdüsen oder auf andere bisher noch nicht geklärte Vorgänge zurückzuführen. Hierdurch wird es- erforderlich, die großen Koksklumpen mehrmals am Tage zu entfernen, was bei einer großtechnischen Anlage, in der sich oft an einem einzigen Tage Koksklumpen bilden; deren Menge nach Topnen zählt, eine ebenso gefährliche wie schwierige Arbeit darstellt.. Die Klumpen müssen dann noch von einer Reaktionstemperatur von etwa 510° ab gelöscht werden.Have the large lumps accumulating in the conical part a diameter of at least 9 up to 125 mm. The formation of such lumps is apparently on incorrect working of the injectors or on other as yet unresolved issues. This makes it necessary to remove the large lumps of coke several times a day, which was the case with an industrial plant Plant in which lumps of coke often form in a single day; their amount according to Topnen counts, a job that is as dangerous as it is difficult .. The lumps must then be extinguished from a reaction temperature of about 510 °.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren, bei dem diese Schwierigkeiten behoben werden und es nicht mehr- erforderlich ist, die großen Klumpen durch einen Austragstrichter oder andere Mittel aus der Verkokungskammer auszutragen. Nach diesem Verfahren wird ein Teil des Abstreifgases mit hoher Geschwindigkeit, d. h. von 150 bis 915 m/Sek. von unten in den konischen Teil eingeblasen, um die großen Klumpen zu zerkleinern und gesichtet fortzutragen. Bei dieser Arbeitsweise ist eine Entnahme aus der Verkokungskammer nicht mehr erforderlich.The present invention relates to an improved method at which these difficulties are resolved and it is no longer necessary that large lumps from the coking chamber through a discharge funnel or other means to carry out. According to this process, part of the stripping gas is discharged at high speed, d. H. from 150 to 915 m / sec. blown from below into the conical part to the to chop up large lumps and carry them away after sighting. In this way of working a removal from the coking chamber is no longer necessary.

Zu den Abstreifgasen, die für den normalen Abstreifvorgang sowie zum Zerkleinern der Klumpen durch Ein-'blasen von unten in den konischen Teil dienen können, gehören gegenüber -der vorliegenden Reaktion inerte Gase wie Erdgas, Abgase, Umlaufgase und Dampf, von denen der letztere bevorzugt wii d.To the stripping gases that are required for the normal stripping process as well as for Serve crush the lump by blowing it into the conical part from below can include inert gases such as natural gas, exhaust gases, Recycle gases and steam, the latter of which is preferred d.

Die Menge des von unten in den konischen Teil einzublasenden Abstreifdampfes kann je nach dem Umfang der Klumpenbildung verschieden sein. Zwar kann man bis zu 100°/o des Dampfes an dieser Stelle einblasen; dies würde jedoch zu einer unvollkommenen Verteilung des aufwirbelnden Gases führen. Im allgemeinen nimmt man darum nur 25 bis 400/, des gesamten Abstreifgases zum Zerkleinern der Klumpen. Die Gesamtmenge des zum Austreiben des Öls sowie zum Aufwirbeln der Teilchen eingeblasenen Abstreifgases bewegt sich normalerweise innerhalb des Bereiches von 5 bis 15 Gewichtsprozent der Kohlenwasserstoffbeschickung.The amount of stripping steam to be blown into the conical part from below can vary depending on the amount of lump formation. You can go up to Blow in 100 per cent of the steam at this point; however, this would become imperfect Lead distribution of the whirling gas. In general, therefore, one only takes 25 up to 400 /, of the total stripping gas for breaking up the lumps. The total amount the stripping gas blown to drive off the oil as well as to stir up the particles is usually within the range of 5 to 15 percent by weight of the Hydrocarbon feed.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispieles in Verbindung mit dem in der Zeichnung gezeigten Strömungsschema näher erläutert.The invention is illustrated below by way of example explained in more detail with the flow diagram shown in the drawing.

Die in der Zeichnung dargestellte Verkokungskammer 1 ist für das Arbeiten bei 510° geeignet und aus entsprechenden Baustoffen errichtet. Sie enthält einen engbegrenzten Abstreifertei121, d. h. einen solchen von beschränktem Durchmesser, der in einem umgekehrtkonischen Teil 22 endet. Die Verkokungskammer enthält eine aus Koksteilchen mit einem Durchmesser von 150 bis 400a gebildete Schicht, wobei diese Teilchen genügend hoch, z. B. auf 660°, vorgewärmt werden, damit die Schicht die Temperatur von 510° annimmt. Die von den festen Teilchen gebildete Schicht reicht bis an eine obere Grenzfläche 5. Die Schicht wird durch ein Gas aufgewirbelt, z. B. 205° warmen Dampf, der am Abstreiferabschnitt durch das Rohr 3 in die Kammer einströmt. Das Aufwirbehmgsgas strömt mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 0,45 m/Sek. durch die Kammer nach oben, wenn es das in der Schicht erzeugte Gas enthält, und fördert die festen Teilchen bis zu der angegebenen Grenzfläche. Das Aufwirbelungsgas dient außerdem dazu; die Dämpfe und Gase aus dem durch die Leitung 9 zufließenden Koks (wie weiter unten noch näher beschrieben wird) auszutreiben.The coking chamber 1 shown in the drawing is for working suitable at 510 ° and built from appropriate building materials. It contains one narrow stripper part 121, d. H. one of limited diameter, which ends in an inverted conical part 22. The coking chamber contains a layer formed from coke particles with a diameter of 150 to 400a, wherein these particles are high enough, e.g. B. to 660 °, are preheated so that the layer assumes the temperature of 510 °. The layer formed by the solid particles is sufficient up to an upper boundary surface 5. The layer is whirled up by a gas, e.g. B. 205 ° warm steam, the at the stripper section through the pipe 3 in the chamber flows in. The absorption gas flows at an average speed of 0.45 m / sec. up through the chamber when there is the gas generated in the layer contains, and promotes the solid particles up to the specified interface. That Fluidizing gas is also used; the vapors and gases coming out of the pipe 9 to drive out incoming coke (as will be described in more detail below).

Ein umzuwandelndes, reduziertes Rohöl, z. B. ein Hawkins-Pech, wird vorzugsweise auf eine Temperatur, die nicht höher als die Cracktemperatur ist, z. B. auf 370°, vorgewärmt und durch die Leitung 2, vorzugsweise an mehreren Stellen, in die aus heißen Koksteilchen bestehende- Wirbelschicht eingeführt. Das Öl wird beim Auftreffen auf die heißen Teilchen zersetzt, und die entstehenden Dämpfe unterstützen die Aufwirbelung der festen Stoffe in der Schicht und fördern ihre allg3#.n@ine Bewe;lichkeit sowie den Wirbelzustand. Die Produktdämpfe strömen dann durch die Schicht nach oben, gelangen in den Zyklon 6, aus dein die festen Teilchen durch ein Tauchrohr 7 in die Schicht zurückfließen, und entweichen anschließend durch die Leitun-r 4 aus der Verkokungskammer.A reduced crude oil to be converted, e.g. B. a Hawkins bad luck preferably to a temperature not higher than the cracking temperature, e.g. B. to 370 °, preheated and through line 2, preferably in several places, introduced into the fluidized bed consisting of hot coke particles. The oil will it decomposes when it hits the hot particles and supports the vapors produced the whirling up of the solid substances in the layer and promote their allg3#.n@ine Mobility as well as the state of the vertebrae. The product vapors then flow through the Layer upwards, get into the cyclone 6, from which the solid particles pass a dip tube 7 flow back into the layer, and then escape through the line 4 from the coking chamber.

Sobald sich große Klumpen bilden, sinken diese in den konischen Teil 22 herunter. Durch die Leitung 20 wird Dampf, z. B. etwa 300/, des gesamten Abstreifdampfes, etwa 204° warm, mit einer Geschwindigkeit von 460 m/Sek. von unten in den konischen Abschnitt eingeblasen. Dieser mit hoher Geschwindigkeit einströmende Dampf reißt die großen Klumpen während ihrer Bildung auseinander und führt die Koksteilchen von normaler Größe sowie die zerkleinerten Teile der Klumpen mit sich fort, so daß weitere Klumpen nachsinken und dabei ebenfalls zerrissen werden können.As soon as large lumps form, they sink down into the conical part 22. Through line 20 steam, e.g. B. about 300 /, of the total stripping steam, about 204 ° warm, at a speed of 460 m / sec. blown into the conical section from below. This high-speed steam tears the large lumps apart as they form and carries away the normal size coke particles and the crushed parts of the lump with it, so that other lumps can sink and be broken up in the process.

Ein Strom fester Teilchen wird durch die Leitung 8 aus der Verkokungskammer abgezogen und von dem eingeleiteten Dampf durch die Leitung 19 in eine gesonderte Aufheizkammer 10 befördert. Zur Beheizung kann auch ein Durchflußrohr dienen. Der Heizkammer 10 wird durch die Leitung 11 Luft zugeführt. In dieser Kammer wird ein Teil der kohlenstoffhaltigen Feststoffe, z. B. Koks oder die auf diesem abgeschiedenen Stoffe, verbrannt, wobei die Temperatur genügend ansteigt, um für die in dem Verkokungskessel 1 vor sich gehende endotherme Reaktion die erforderliche Wärme zuzuführen. Die Temperatur der in der Heizkammer befindlichen festen Stoffe ist gewöhnlich um 55 bis 170° höher als die der festen Stoffe in der Verkokungskammer, im vorliegenden Falle z. B. um 100° höher. Die Koksschicht in der Heizkammer 10 wird ähnlich aufgewirbelt wie die Schicht in der Verkokungskammer 1. Die festen Stoffe werden durch die eintretende Luft und die entstehenden Verbrennungsgase in der Schwebe bis zu der durch die Linie 13 angedeuteten Höhe gehalten. Die heißen Abgase ziehen durch den Zyklon 14 und die Leitung 16 ab. Etwa mitgerissene feste Teilchen werden durch das Tauchrohr 15 in die Schicht zurückgeführt. Ein Teil der heißen, festen Stoffe wird kontinuierlich aus dem Heizkessel 10 durch die Leitung 9 abgezogen und an einer oder mehreren Stellen in die Kammer 1 eingeführt, um den Wärmeausgleich in dem System aufrechtzuerhalten. Ein Aufwirbelungsgas, z. B. Dampf, fließt durch die Leitung 18 zu. Der Produktkoks wird durch die Leitung 17 aus der Kammer 10 abgezogen.A stream of solid particles is emitted through line 8 from the coking chamber withdrawn and drawn from the steam introduced through line 19 in a separate Heating chamber 10 promoted. A flow tube can also be used for heating. Of the Heating chamber 10 is supplied with air through line 11. In this chamber there will be a Part of the carbonaceous solids, e.g. B. coke or those deposited on it Substances, incinerated, the temperature rising enough to be in the coking kettle 1 ongoing endothermic reaction to supply the required heat. The temperature the solids in the heating chamber is usually 55 to 170 ° higher than that of the solids in the coking chamber, in the present case z. B. to 100 ° higher. The coke layer in the heating chamber 10 is swirled up similarly to that Layer in the coking chamber 1. The solids are entering through the Air and the resulting combustion gases in suspension up to the line through the line 13 indicated height held. The hot exhaust gases pull through the cyclone 14 and the line 16 from. Any solid particles that have been entrained are released through the immersion tube 15 returned to the shift. Some of the hot, solid matter becomes continuous withdrawn from the boiler 10 through the line 9 and at one or more points introduced into chamber 1 to maintain heat balance in the system. A fluidizing gas, e.g. B. steam flows through line 18 to. The product coke is withdrawn from the chamber 10 through the line 17.

Zum besseren Verständnis der vorstehenden Beschreibung folgt eine Zusammenstellung der Betriebsbedingungen der verschiedenen Bestandteile. Betriebsbedingungen in der Wirbelschicht-Verkokungskammer 1 Möglicher Bevorzugter Bereich Bereich Temperatur, ° C ...... 450 bis 650 480 bis 540 Druck, Atm.......... 1 " 10 1,5 " 2 Oberflächengeschwin- digkeit des Wirbel- gases, m/Sek...:.... 0,06 " 0,6 0,15 " 0,30 Oberflächengeschwin- digkeit des Gases zum Boden des konischen Teiles, m/Sek. ..... 150 " 915 300 " 610 Mittlere Größe der Koksteilchen in #t 50 " 1000 100 " 400 Betriebsbedingungen in der Heizkammer 10 Möglicher Bevorzugter Bereich Bereich Temperatur, ° C ...... 565 bis 870 592 bis 648 Oberflächengeschwin- digkeit des Aufwirbe- lungsgases, m/Sek. .. 0,3 " 1,5 0,6 " 1,2 Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann einleuchtend. Sie ermöglicht die Entnahme des Produktkokses aus der Heizkammer und macht die früher erforderliche Maßnahme der Austragung großer Klumpen aus der Reaktionskammer selbst überflüssig. Die Nachteile dieser früheren Arbeitsweise sind vorstehend aufgezeigt worden.For a better understanding of the above description, the following is a summary of the operating conditions of the various components. Operating conditions in the Fluidized bed coking chamber 1 Possible preferred Area area Temperature, ° C ...... 450 to 650 480 to 540 Pressure, atm .......... 1 "10 1.5" 2 Surface velocity vorticity of the eddy gases, m / sec ...: .... 0.06 "0.6 0.15" 0.30 Surface velocity of the gas to the Bottom of the conical Part, m / sec. ..... 150 "915 300" 610 Medium size of the Coke particles in #t 50 "1000 100" 400 Operating conditions in the heating chamber 10 Possible More preferred Area area Temperature, ° C ...... 565 to 870 592 to 648 Surface velocity speed of the whirling lung gas, m / sec. .. 0.3 "1.5 0.6" 1.2 The advantages of the present invention will be apparent to those skilled in the art. It enables the product coke to be removed from the heating chamber and makes the previously required measure of removing large lumps from the reaction chamber itself superfluous. The disadvantages of this prior approach have been pointed out above.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for coking heavy hydrocarbon oils, in which the oil charge is made at coking temperatures with a mass of coke particles with a mean particle size of 100 to 400 #t, which forms a dense fluidized bed form, brings together, this fluidized bed being in a reaction zone, which contains a lower, limited wiper zone, which in turn is in an inverted-conical Part ends, and further introducing an inert stripping gas into the stripping zone, to strip the oil from the coke particles before they are placed in a special heating zone are conveyed, the product vapors are withdrawn from the reaction zone, the coke through circulates the said heating zone, in which some of the coke particles burn, and then returns the coke to the reaction zone to generate this heat feed, which is in the inverted-conical part within this reaction zone accumulating large lumps of coke must be removed, characterized in that that an additional stripping gas which is inert to the present reaction at a speed of 150 to 915 m / sec. from below into the conical part blows in.

2. The method according to claim 1, characterized in that as an inert Gas steam is used.

3. The method according to claim 2, characterized in that that the amount of steam blown from below into the conical part is 25 to 40 % of the total stripping steam.

4. The method according to claim 3, characterized in that that the coke product is withdrawn from the heating zone.

5. The method according to claim 2, characterized in that the large lumps have a minimum diameter of 9 mm have.