一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統及方法

2023-05-26 01:13:26

一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統及方法。系統包括：裂化反應器、載體再生器、焦炭氣化器，裂化反應器和載體再生器之間設置有載體冷卻器；所述載體再生器內設置有再生器內取熱器，再生器外部設置有載體再生器外取熱器，所述焦炭氣化器內設置有氣化器內取熱器，焦炭氣化器外部設置有氣化器外取熱器。本發明從反應的根本機理出發，將氧化與還原分別獨立控制，並配套以相應的取熱、供熱措施，使各自的最優反應條件得以達成，同時可有效提高合成氣中高價值組分的濃度，降低後續分離、精製過程的運行成本和操作難度。
【專利說明】一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統及方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及劣質油處理領域，更進一步說，是涉及一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統及方法。

【背景技術】
[0002]目前，國外劣質重油主要通過延遲焦化和流化焦化、靈活焦化來加工。延遲焦化由於具有投資和操作費用低、流程簡單、技術成熟、原料適應性強等優點，是當今煉油廠渣油特別是劣質渣油加工的主要手段之一。國內劣質重油輕質化的主要途徑之一是延遲焦化工藝。隨著國內外石油資源日趨變重變差，石油焦產品質量也在變差——硫和金屬含量顯著增加，不能象低硫石油焦一樣適宜作煉鋁煉鋼等行業的煅燒原料，價格大幅降低，因此急需解決大量劣質石油焦的出路問題。儘管延遲焦化工藝近年來也取得了一些新的進展，但是仍存在加熱爐易結焦、難以處理特別劣質的原料、需間歇操作等問題，因此其它焦化工藝的開發和應用逐漸受到重視，如針對劣質潘油加工的流化焦化、靈活焦化工藝八尺丁(恩格爾哈德公司)41(:(日本富士標準研究株式會社和富士石油公司(￡118711公司)等。除了劣質渣油加工外，針對劣質原油的加工研究也越來越多，針對劣質原油改質的技術如⑶011(16技術。其中有代表性的工藝包括:
[0003](1)流化焦化、靈活焦化工藝——￡0011公司開發，發展歷程較長，應用於渣油轉化，提高加工深度和資源利用率。在生產液體石油產品的同時生產合成氣的雙氣化靈活焦化裝置尚未見到工業化。
[0004](2)仙I'工藝-浙青禮:油處理(仙!', 4鄧11311: 1^681(11181作一社丨叩)工藝由恩格哈德(此陰化犯'心公司開發的工藝技術，其主要目的是為催化轉化過程提供較低殘碳值及較低金屬含量的原料油。八奶工藝是熱加工過程。在提升管中使用一種高溫固體「接觸劑」使一部分原料油汽化，除去其中的硫、氮、重金屬和殘炭，八奶的工藝流程、工藝設備和操作方式基本上與催化裂化過程相似。反應生成的焦炭燃燒產生的熱用在八奶系統之內，剩餘的熱量以蒸汽或電能的形式回收。不生產焦炭產品。八'工藝曾經在八81112111(1 ？6廿01611111尺6？ 11161~7運行幾年，但是由於積垢問題最後停止使用。
[0005](3)51(:工藝——日本富士石油公司和富士標準研究公司從1981年開始共同開發流化熱裂化(510工藝。過程是一種深度加工劣質渣油以增產中間餾分油和有效利用焦炭以生產氫氣的先進熱裂化技術。該工藝未見工業化報導。
[0006](4)111'[技術-011 七0￠)11)是由 &18# 公司發明的一種將重油轉化為輕質油的工藝，其核心是在反應器內將重質油與熱載體(通常為矽砂)接觸，發生熱裂化和縮合反應，將重質原料轉化為輕質餾分的過程。結焦的矽砂送去加熱爐，循環燒去生成的焦炭，產生的熱量一部分用來供反應用熱，另一大部分熱量和煙氣產生的能量就地產汽或發電。該技術對焦炭生產合成氣的高效利用未有涉及。
[0007](5)原油催化改質技術(⑶們——V。？公司於2005年開發0⑶工藝，作為改質重質原油和由浙青生產的原油的低成本方案。該技術建成中型試驗裝置，尚未見到工業化應用。
[0008](6)^工藝——由洛陽石化工程公司發展的與八奶類似的工藝，稱為如？過程。該工藝未見中型和工業報導。
[0009]上述工藝僅涉及劣質重油的轉化反應和焦炭的燃燒熱利用，對制氫與合成氣製備方面的綜合利用未見具體方案。由於焦炭的燃燒氧化反應、焦炭氣化後氣體組分的不同還原反應之間存在著一系列複雜的順序、並行、逆向反應的相互關係，各自所需的最佳反應條件有的相同或相似，有的則相互矛盾，伴隨著不同的吸熱或放熱熱效應，對上述多種反應的控制、選擇成為較為複雜的技術難題。上述技術中，焦炭的氣化(包括氧化與還原)反應在一個反應器(或再生器)內進行，對目標反應的最優化選擇與控制成為困難。


【發明內容】

[0010]為了解決現有技術中存在的氧化、還原反應最優化選擇與控制問題，本發明提供了一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統及方法。本發明從反應的根本機理出發，將氧化與還原分別獨立控制，並配套以相應的取熱、供熱措施，使各自的最優反應條件得以達成。
[0011]本發明的目的之一是提供一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統。
[0012]包括:裂化反應器、載體再生器、焦炭氣化器，
[0013]裂化反應器和載體再生器之間設置有載體冷卻器；
[0014]所述載體再生器內設置有再生器內取熱器，載體再生器外部設置有再生器外取熱器；
[0015]所述焦炭氣化器內設置有氣化器內取熱器，焦炭氣化器外部設置有氣化器外取熱器。
[0016]裂化反應器分別連接載體再生器和焦炭氣化器；載體再生器連接載體冷卻器後連接裂化反應器；載體再生器連接焦炭氣化器；載體再生器與焦炭氣化器分別通過管道連接各自的外取熱器。
[0017]本發明的目的之二是提供一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應方法。
[0018]包括:
[0019]1)渣油裂化反應所生成的焦炭附著於載體上，一部分進入載體再生器，經氧化燃燒，恢復載體的比表面積和/或催化活性；
[0020]2)另一部分焦炭隨載體進入焦炭氣化器，在氣化劑的作用下，焦炭進行氧化還原反應，生成包括氫氣與一氧化碳在內的反應產物合成氣；
[0021]3)氣化後帶有殘餘焦炭的載體，輸送至載體再生器參與氧化燃燒反應，實現載體的徹底再生，並循環回裂化反應器參與反應。
[0022]其中，
[0023]氣體操作線速度在0.1?20111/8。
[0024]裂化反應器操作溫度在480?6401，壓力控制在0.1?0.41？3 (^)；
[0025]焦炭氣化器操作溫度在680?9601，壓力控制在0.1?0.；
[0026]載體再生器操作溫度在600?9601，壓力控制在0.1?0.碰?￡1(^ ；
[0027]⑷表示絕壓。
[0028]以上所述設備之部分或全部採用流態化的操作模式。使載體在上述系統內通過流態化進行循環。
[0029]以上所述系統內各設備採用以反應原料和/或水蒸氣和/或空氣和/或氮氣和/或氧氣為流化介質，對載體進行流化，使固體粉末載體在流化介質的作用下呈現出與液體具有類似流動特性的狀態，載體在具有流動特性的前提下，在適宜的靜壓力及輸送介質的作用下，在上述系統內各設備中及設備之間類似於液體一樣「沸騰」、流動。
[0030]系統通過設置載體冷卻器、再生器取熱器、氣化器取熱器，分別對載體循環劑、載體再生器和焦炭氣化器進行熱量平衡，以控制各自所需的操作溫度。上述三個取熱溫度控制單元設備均通過載體輸送管與分別與裂化反應器、載體再生器、和焦炭氣化器相連，使載體在上述系統內循環，控制各自所需的操作溫度，或內取熱器設置於載體再生器、焦炭氣化器內部，通過與載體的直接熱交換達到控制溫度的目的。
[0031]上述系統內所使用的載體可以是惰性的粉末熱載體，也可以是含有催化活性的粉末催化劑。
[0032]系統的載體循環，通過滑閥或塞閥進行循環量的控制，以使系統內各單元設備內載體藏量和操作溫度控制穩定。
[0033]本發明可以通過以下技術方案來實現的:
[0034]劣質渣油裂化與焦炭聯合氣化的反應系統，包括渣油裂化反應器1、載體再生器2、焦炭氣化器3、載體冷卻器4、再生器外取熱器5、氣化器外取熱器6、再生器內取熱器7、氣化器內取熱器8，其中關鍵之處在於，載體再生器2和焦炭氣化器3是獨立設置的。
[0035]渣油裂化反應所生成的焦炭附著於載體(惰性熱載體或催化劑)上，隨載體的循環分成兩個部分，一部分進入載體再生器2，經氧化燃燒，恢復載體的比表面積和/或催化活性；另一部分進入焦炭氣化器，在氣化劑空氣和/或氧氣和/或水蒸氣的作用下，通過一系列複雜的氧化還原反應，生成包括氫氣與一氧化碳在內的反應產物合成氣；氣化後帶有殘餘焦炭的載體，經輸送管流化輸送至載體再生器2，參與氧化燃燒反應，實現載體的徹底再生，並循環回裂化反應器1參與反應。
[0036]載體再生器以空氣或氧氣作為流化介質，供部分焦炭的氧化燃燒使用，焦炭燃燒的產生的熱量用於下列過程:
[0037]再生後的高溫載體(惰性熱載體或催化劑)經載體冷卻器控制所需的溫度(約7001 )後循環至渣油裂化反應器，提供渣油裂化反應所需的反應熱與劑油比，劑油比一般在4?20)；
[0038]以高溫熱載體的方式循環輸送至焦炭氣化器，控制所需的氣化溫度範圍在700?950。。；
[0039]載體再生器過剩的熱量由再生器外取熱器或再生器內取熱器通過載體與取熱管內的水汽混合物熱交換發生飽和蒸汽取出，以控制再生及焦炭氣化的熱量平衡；
[0040]焦炭氣化器用空氣和丨或氧氣和丨或水蒸氣作為氣化劑和流化介質，對來自裂化反應器的載體(惰性熱載體或催化劑)上的焦炭進行氣化，生產富含氫氣與一氧化碳的合成氣，焦炭氣化器的操作溫度由再生器來的高溫熱載體與氣化器外取熱器和/或汽化器內取熱器共同控制。取熱器通過載體與取熱管內的水汽混合物熱交換發生飽和蒸汽取出過剩熱量。
[0041]本發明的效果是:本發明專利的核心之一在載體再生器與焦炭氣化器分別獨立設置，其優勢在於將提供熱量的氧化環節與生產合成氣的氣化環節加以分開，避免了相互矛盾、相互影響的不同反應之間的幹擾，使彼此在各自最優的條件下運行，對工藝過程的平穩運行、靈活調控創造了有利條件，同時可有效提高合成氣中高價值組分的濃度，降低後續分離、精製過程的運行成本和操作難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1本發明的劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統示意圖
[0043]圖2本發明的劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統平面布置圖
[0044]附圖標記說明:
[0045]1 一潘油裂化反應器2—載體再生器3—焦炭氣化器4一載體冷卻器
[0046]5—再生器外取熱器6—氣化器外取熱器7—再生器內取熱器
[0047]8—氣化器內取熱器

【具體實施方式】
[0048]下面結合實施例，進一步說明本發明。
[0049]實施例:
[0050]如圖1所示，一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統。
[0051]包括:裂化反應器、載體再生器、焦炭氣化器，
[0052]裂化反應器和載體再生器之間設置有載體冷卻器；
[0053]所述載體再生器內設置有載體再生器內取熱器，載體再生器外部設置有載體再生器外取熱器；
[0054]所述焦炭氣化器內設置有氣化器內取熱器，焦炭氣化器外部設置有氣化器外取熱器。
[0055]渣油裂化反應溫度約5001，再生載體(催化劑)定炭2被％，反應後待生載體(催化齊0)定炭4被％。渣油裂化反應所生成的焦炭附著於載體上，隨載體的循環分成兩個部分，一部分進入載體再生器，在9601的高溫條件下，經氧化燃燒，恢復載體的比表面積和/或催化活性；另一部分進入焦炭氣化器，在9501的條件下，在氣化劑氧氣+水蒸氣的作用下，在通過一系列氧化還原反應，生成包括氫氣與一氧化碳在內的反應產物合成氣；氣化後帶有殘餘焦炭的載體，經輸送管流化輸送至載體再生器，參與氧化燃燒反應，實現載體的徹底再生，並循環回裂化反應器參與反應。
[0056]載體再生器以氧氣作為流化介質，供部分焦炭的氧化燃燒使用，焦炭燃燒的產生的熱量用於下列過程:
[0057]再生後的高溫載體經載體冷卻器4控制所需的溫度7001後循環至渣油裂化反應器，提供渣油裂化反應所需的反應熱與劑油比為15 ；
[0058]以高溫熱載體的方式循環輸送至焦炭氣化器，控制所需的氣化溫度9501 ；
[0059]載體再生器過剩的熱量由再生器外取熱器或再生器內取熱器取出，以控制再生及焦炭氣化的熱量平衡；
[0060]焦炭氣化器用氧氣+水蒸氣作為氣化劑和流化介質，對來自裂化反應器的載體上的焦炭進行氣化，生產富含氫氣與一氧化碳的合成氣，氣化器的操作溫度由載體再生器來的高溫熱載體與氣化器外取熱器和/或氣化器內取熱器共同控制。
[0061]裂化反應器壓力:0.3^(^),操作溫度:5201，反應器提升管線速度汽提段線速度0.20/8，稀相段線速度0.5.11/8
[0062]載體再生器壓力:0.33腿^仏)，操作溫度:9601，密相段線速度0.80/3，稀相段線速度 0.5111/8
[0063]焦炭氣化器壓力:0.331？^^，操作溫度:9501，密相段線速度0.80/3，稀相段線速度 0.5111/8
[0064]採用實施例1的系統處理塔河常壓渣油的典型原料，處理量為200萬噸/年，年操作時數為連續運行8400小時/年，載體(催化劑)再生過程的過剩熱以發生高壓蒸汽和煙氣輪機發電作為熱能、壓力能回收的手段；焦炭氣化部分按發生蒸汽並發電或生產富含氫氣與一氧化碳合成氣的兩種模式進行靈活選擇與控制。
【權利要求】
1.一種劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統，所述系統包括:裂化反應器、載體再生器、焦炭氣化器，其特徵在於: 裂化反應器和載體再生器之間設置有載體冷卻器； 所述載體再生器內設置有再生器內取熱器，載體再生器外部設置有再生器外取熱器； 所述焦炭氣化器內設置有氣化器內取熱器，焦炭氣化器外部設置有氣化器外取熱器； 裂化反應器分別連接載體再生器和焦炭氣化器；載體再生器連接載體冷卻器後連接裂化反應器；載體再生器連接焦炭氣化器；載體再生器與焦炭氣化器分別通過管道連接各自的外取熱器。
2.一種採用如權利要求1所述的劣質渣油裂化與焦炭氣化的反應系統的方法，其特徵在於所述方法包括: 1)渣油裂化反應所生成的焦炭附著於載體上，一部分進入載體再生器，經氧化燃燒，恢復載體的比表面積和/或催化活性； 2)另一部分焦炭隨載體進入焦炭氣化器，在氣化劑的作用下，焦炭進行氧化還原反應，生成包括氫氣與一氧化碳在內的反應產物合成氣； 3)氣化後帶有殘餘焦炭的載體，輸送至載體再生器參與氧化燃燒反應，實現載體的徹底再生，並循環回裂化反應器參與反應。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於: 氣體操作線速度在0.1?20m/s。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於: 裂化反應器操作溫度在480?640°C，壓力在0.1?0.4MPa(a)； 焦炭氣化器操作溫度在680?960°C，壓力在0.1?0.4MPa(a); 載體再生器操作溫度在600?960°C，壓力在0.1?0.4MPa(a)。
【文檔編號】C10J3/00GK104449805SQ201310432082
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】吳雷, 張書紅, 黃澤川, 王韶華, 魯維民 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化工程建設有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院