瀝青質熱等離子體裂解氣中烴類的循環處理方法與流程

2023-10-17 04:10:39

本發明涉及一種用於瀝青質熱等離子體裂解氣中烴類的循環處理工藝，屬於石油化工領域。

背景技術：

國際石油資源日益重質化和劣質化。重油作為一種非常規但儲量豐富的石化資源，其高效利用越來越受到石化行業重視。溶劑脫瀝青技術是重油輕質化利用的有效途徑：通過溶劑分離重油原料中的殘炭、瀝青質和重金屬等雜質，可以獲得脫瀝青油(DAO)，並可進一步高效處理。但是，該工藝同時得到的大量脫油瀝青(DOA)。其利用成為制約現有工藝發展的一個重要瓶頸。

瀝青質是石油中最複雜的組分，一般被認為是「不可轉化」的重油分子。值得注意的是，瀝青質含有豐富的碳氫元素，可通過熱化學轉化的方法，生成乙烯、乙炔等石油工業的小分子原料。從而，使其成為一種具有工業應用潛力的重要資源，創造顯著的經濟價值。熱等離子體裂解可以一步實現瀝青質到高附加值化工產品的轉化。藉助於熱等離子體高溫高焓的特性，將富含碳氫的瀝青質原料高效轉化為乙炔並副產氫氣、甲烷等氣體產物，未轉化完全的瀝青質原料可以進一步製造瀝青粉、碳材料等。由於中國煉油能力的迅速提升，產生的瀝青質的量也大幅增長。利用熱等離子體裂解瀝青質的工藝過程，不僅可拓展重油瀝青質的應用範圍，還可以在消納重油加工殘餘瀝青質的同時，實現其高價值轉化，補充以劣質重油為原料的石油煉製產業鏈，具有廣泛的應用前景。

然而，該工藝同時副產除乙炔外的小分子烴類，如甲烷、乙烷等。該部分副產的烴類各自產量小，若逐一分離，分離提濃成本顯著增加。研究表明，甲烷、乙烷等小分子烴類在熱等離子體中仍可實現向乙炔的定向轉化，並且氣相烴類分子的裂解難度遠低於瀝青質。本發明針對瀝青質熱等離子體裂解工藝，提出將該過程副產的烴類作為裂解原料，重新循環裂解的工藝。相較於原工藝，將副產的烴類循環通入熱等離子體反應器，重新裂解的工藝。

技術實現要素：

本發明的目的是針對瀝青質熱等離子體裂解產生的(除乙炔外)烴類，將其循環通入熱等離子體裂解反應器，重新進行裂解，定向生成乙炔和氫氣。基於該工藝，可以減少烴類進一步分離提濃的成本，並且大幅提高產品氣中乙炔和氫氣的產量。

本發明提供一種瀝青質熱等離子體裂解氣中烴類的循環處理方法，包括如下步驟：

a)劣質重油溶劑脫瀝青工藝產生的瀝青質，通過循環烴類氣體帶入霧化裝置，噴入熱等離子體反應器；

b)在所述熱等離子體反器中，瀝青質和循環烴類與氫熱等離子體射流混合反應，反應獲得裂解產物；

c)所述裂解產物通過氣固快分裝置，獲得固相產品和溫度1600～2000K的氣相產品；所述固相產品為固態碳材料；

d)所述氣相產品進入淬冷裝置，獲得裂解氣體；

e)所述裂解氣體進一步進行提濃分離，獲得乙炔、氫氣和副產烴類；所述副產烴類包含甲烷和乙烯；

f)獲得的氫氣中，部分氫氣作為熱等離子體炬工作氣體，重新循環使用，剩餘部分作為產品；所述副產烴類作為瀝青質原料的霧化氣體，即步驟a)中所述循環烴類氣體，或者直接循環通入所述熱等離子體反應器，重新裂解。

本發明所述的瀝青質熱等離子體裂解氣中烴類的循環處理方法，其中，所述熱等離子體反應器優選為下行床的反應器形式。

本發明所述的瀝青質熱等離子體裂解氣中烴類的循環處理方法，其中，優選的是，所述淬冷裝置採用化學淬冷或者物理淬冷；所述化學淬冷的物質為氫氣及C5以下氣態烷烴的單一或其混合氣體；所述物理淬冷的物質為純水、氣相冷凝水或循環水。

本發明所述的瀝青質熱等離子體裂解氣中烴類的循環處理方法，其中，優選的是，所述瀝青質直接以液態形式，通過輸送氣體或者循環烴類霧化，輸送進入熱等離子體反應器。

本發明具有以下優點：

(1)本發明所述工藝中，產品氣中的氫氣可以作為熱等離子體炬的工作氣體，循環使用，優化流程並且降低工作氣體成本；同時仍有部分氫氣富餘，可作為產品氣。

(2)本發明所述的工藝中，產品氣的烴類(除乙炔)，可以作為原料的霧化氣體，或者直接通入熱等離子體反應器進行裂解，降低了烴類進一步分離提濃的成本，並且大幅提高產品氣中乙炔和氫氣的產量。

附圖說明

圖1：用於瀝青質熱等離子體裂解氣中烴類的循環處理工藝流程示意圖。

具體實施方式

以下對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例，下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件。

熱等離子體反應器：

在本發明中，對熱等離子體反應器並無特別限定，通常熱等離子體反應器優選為下行床的反應器形式；選用下行床的反應器形式的優勢是氣固接觸好，停留時間均勻易控。

淬冷裝置：

在本發明中，對淬冷裝置並無特別限定，通常所述淬冷裝置採用化學淬冷或者物理淬冷；所述化學淬冷的物質為氫氣及C5以下氣態烷烴的單一或其混合氣體；所述物理淬冷的物質為純水、氣相冷凝水或循環水。

如圖1所示，瀝青質通過循環烴類進行霧化，通入熱等離子體裂解反應器進行高溫裂解反應，產生固態碳材料和富含乙炔、氫氣和甲烷的氣態產物；氣固兩相產品經過氣固快分裝置，分離得到固態的碳材料；氣體產物通過物理淬冷或者化學淬冷的方式，進行氣相產品的快速冷卻和部分高位能量的回收，從而獲得富含乙炔、氫氣和甲烷等氣體的裂解產品。氣態產品進行提濃和分離，獲得產品氣乙炔和氫氣。部分氫氣作為熱等離子體炬工作氣體循環使用。副產的(除乙炔)烴類，可作為瀝青質的霧化氣體，或直接通入熱等離子體反應器，重新裂解。

實施例1

原料瀝青質以高溫液相的形式，通過氬氣12nm3/h霧化輸送進入熱等離子體反應器。瀝青質進料量為400kg/h。同時，循環裂解的烴類通入熱等離子體裂解反應器，流量為40kg/h。該反應器為下行床反應器，反應器直徑100mm，長度600mm。熱等離子體炬採用氫氣作為工作氣體，輸入功率為2.5MW，氫氣流量為70kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區域溫度為5000K。裂解產物溫度為1800K，裂解產物進入快速分離裝置(已有技術中專利ZL00105781.2公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間為80ms，固相停留時間為分離效率75％。氣體出口分離的氣體即氣相中間產品進入急冷裝置，用循環水進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產物的熱分解，提高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發生分解反應)，得到體積含量為約25％的乙炔氣體混合物(含C2H2、CH4和H2的裂解氣)。提濃得到的乙炔產品為220kg/h，氫氣90kg/h。部分氫氣作為熱等離子體炬工作氣體循環使用，富餘部分作為產品輸出。剩餘的烴類重新循環進入裂解反應器。

實施例2

原料瀝青質以高溫液相的形式，通過循環烴類9kg/h霧化輸送進入熱等離子體反應器。瀝青質進料量為450kg/h。同時，循環裂解的烴類通入熱等離子體裂解反應器，流量為45kg/h。熱等離子體炬採用氫氣作為工作氣體，輸入功率為2.5MW，氫氣流量為80kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區域溫度為6000K。裂解產物溫度為1600K，裂解產物進入快速分離裝置(已有技術中專利ZL00105781.2公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間為80ms，固相停留時間為分離效率75％。氣體出口分離的氣體即氣相中間產品進入急冷裝置，用冷凝水進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產物的熱分解，提高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發生分解反應)，得到體積含量為約25％的乙炔氣體混合物(含C2H2、CH4和H2的裂解氣)。提濃得到的乙炔產品為240kg/h，氫氣100kg/h。部分氫氣作為熱等離子體炬工作氣體循環使用，富餘部分作為產品輸出。剩餘的烴類重新循環進入裂解反應器。

實施例3

原料瀝青質以高溫液相的形式，通過氬氣12nm3/h霧化輸送進入熱等離子體反應器。瀝青質進料量為400kg/h。同時，循環裂解的烴類通入熱等離子體裂解反應器，流量為40kg/h。熱等離子體炬採用氫氣作為工作氣體，輸入功率為2.5MW，氫氣流量為70kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區域溫度為5000K。裂解產物溫度為1800K，裂解產物進入快速分離裝置(已有技術中專利ZL00105781.2公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間為80ms，固相停留時間為分離效率75％。氣體出口分離的氣體即氣相中間產品進入急冷裝置，用氫氣進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產物的熱分解，提高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發生分解反應)，得到體積含量為約25％的乙炔氣體混合物(含C2H2、CH4和H2的裂解氣)。提濃得到的乙炔產品為215kg/h，氫氣95kg/h。部分氫氣作為熱等離子體炬工作氣體循環使用，富餘部分作為產品輸出。剩餘的烴類重新循環進入裂解反應器。

實施例4

原料瀝青質以高溫液相的形式，通過氬氣12nm3/h霧化輸送進入熱等離子體反應器。瀝青質進料量為400kg/h。同時，循環裂解的烴類通入熱等離子體裂解反應器，流量為40kg/h。熱等離子體炬採用氫氣作為工作氣體，輸入功率為2.5MW，氫氣流量為70kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區域溫度為5000K。裂解產物溫度為1800K，裂解產物進入快速分離裝置(已有技術中專利ZL00105781.2公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間為80ms，固相停留時間為分離效率75％。氣體出口分離的氣體即氣相中間產品進入急冷裝置，用丙烷進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產物的熱分解，提高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發生分解反應)，得到體積含量為約25％的乙炔氣體混合物(含C2H2、CH4和H2的裂解氣)。提濃得到的乙炔產品為140kg/h，氫氣95kg/h，乙烯130kg/h。部分氫氣作為熱等離子體炬工作氣體循環使用，富餘部分作為產品輸出。剩餘的烴類重新循環進入裂解反應器。

實施例5

原料瀝青質以高溫液相的形式，通過氬氣12nm3/h霧化輸送進入熱等離子 體反應器。瀝青質進料量為400kg/h。同時，循環裂解的烴類通入熱等離子體裂解反應器，流量為40kg/h。熱等離子體炬採用氫氣作為工作氣體，輸入功率為2.5MW，氫氣流量為70kg/h，氫等離子體的平均溫度超過3000K，中心區域溫度為5000K。裂解產物溫度為1800K，裂解產物進入快速分離裝置(已有技術中專利ZL00105781.2公開的氣固分離裝置)，氣體停留時間為80ms，固相停留時間為分離效率75％。氣體出口分離的氣體即氣相中間產品進入急冷裝置，用丙烷和乙烷混合氣(摩爾分數各50％)進行快速冷卻，降至室溫(從而終止產物的熱分解，提高裂解氣中乙炔含量，避免高溫下乙炔發生分解反應)，得到體積含量為約25％的乙炔氣體混合物(含C2H2、CH4和H2的裂解氣)。提濃得到的乙炔產品為130kg/h，氫氣89kg/h，乙烯138kg/h。部分氫氣作為熱等離子體炬工作氣體循環使用，富餘部分作為產品輸出。剩餘的烴類重新循環進入裂解反應器。