一種煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法
2023-09-13 15:36:55 1
專利名稱：一種煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法
技術領域：
本發明涉及一種煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法。
背景技術：
我國是貧油富煤的國家，原油日趨重質化、劣質化，有些原油中的重質組分殘炭和金屬含量均很高，用傳統的加工方法很難高效地對其進行綜合利用；同時，我國的煤炭資源極為豐富，其可開採儲量佔世界的49.6%，而其中煙煤產量約佔全國煤炭總產量的75%。目前我國能源消費量的76%是煤炭，主要用於直接燃燒。從而使其中所含的化工資源無法得到有效利用。煤氣化和煤液化是由煤製得氣體燃料、合成氣以及液體燃料的重要方法，此外還有一種更經濟的方法煤乾餾法。乾餾終溫低於700°C為低溫乾餾，乾餾終溫高於900°C稱為煉焦或高溫乾餾。低溫乾餾可以獲得焦油、煤氣和半焦。高溫乾餾主要獲得焦炭。與原煤相比，半焦含有的汙染物少於原煤，對環境保護有利。對於單位熱量來說，煤焦油和煤氣比半焦具有更高的經濟價值。低溫乾餾煤焦油和煤直接加氫液化第一階段所得油料的性質大致相似，煤焦油再加氫精制可得燃料油，與液化相比，成本相對較低。我國煤炭資源豐富，原煤除部分用於煉焦、轉化加工外，絕大部分用於直接燃燒。將煤直接燃燒不但熱效率低、對環境的破壞嚴重，而且煤中具有較高經濟價值的富氫組分得不到合理利用。因此，開發出把煤炭轉化為潔淨燃料和多種化工產品的工藝過程具有重要的現實意義。中國石油資源短缺，煤的高效、綜合利用在一定程度上可以減少對進口石油、天然氣的依賴。因此，在將原煤燃燒之前，使其在較溫和的條件下提取出部分液體燃料和精細化學品具有重要的意義。例如，CN 101016482A中公開了一種以熱解為第一級的粉煤分級潔淨多聯利用技術，包括原煤加工製備、熱解、燃燒或氣化，熱解工序上設有煤化工分離淨化系統，其中，原煤經加工製備後以一定粒度的粉煤進入熱解工序進行熱解，熱解後的氣相產物進入煤化工分離淨化系統，獲得高附加值的烴類化工產品、淨煤氣；熱解後的固相產物半焦粉的後續工藝如下選擇(1)進入燃燒工序燃燒，利用熱能發電、供熱；( 進入氣化工序氣化，生產合成原料氣；C3)同時分別進入燃燒工序燃燒、氣化工序氣化。目前處理重質油常用的工藝是延遲焦化，該工藝通過使重質油熱裂化得到部分焦化汽油、焦化柴油、焦化餾分油、氣態烴及焦炭等產品。該工藝中，由於重質油需要在高溫下經過較長的時間通過熱裂化生成較輕的油品，當原料殘炭很高時，生焦量很大。為了解決這一問題，已經開發了反應溫度較高、停留時間較短的重質油裂解工藝。例如，CN 1504404A公開了一種煉油與氣化相結合的工藝方法，其中，該方法包括以下步驟(1)石油烴與焦炭轉移劑在反應器內接觸、反應；(2)分離生成的反應油氣和反應後積炭的焦炭轉移劑，反應油氣送入後續烴類產品分離系統，積炭的焦炭轉移劑經汽提後送至氣化爐；(3)在氣化爐內，積炭的焦炭轉移劑與水蒸汽和含氧氣體在氣化條件下接觸，以生成合成氣體，同時使積炭的焦炭轉移劑得到再生；(4)經步驟C3)再生後的焦炭轉移劑返回步驟(1)所述的反應器中循環使用。
然而，在上述兩篇專利文獻中公開的煤裂解和重質油裂解的方法都需要外部供熱，而且，所述煤裂解和重質油裂解過程中產生的固體產物的熱量不能循環利用，從而導致熱量回收效率不高。
發明內容
本發明為了克服現有的煤裂解方法和重質油裂解方法各自存在的上述缺陷，提供了一種煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法，採用該方法能夠同時實現煤裂解和重質油裂解，同時使得煤裂解和重質油裂解過程中各自產生的固體產物能夠作為熱載體而循環使用，從而大大節省了能耗。本發明提供了一種煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法，該方法包括(1)在煤裂解的條件下，使煤炭與第一熱載體接觸，得到第一固體產物和第一氣體產物；( 在重質油裂解的條件下，使重質油與第二熱載體接觸，得到第二固體產物和第二氣體產物，第二熱載體包括第一固體產物；C3)使第二固體產物燃燒，得到第三固體產物和第三氣體產物；並且，第一熱載體和/或第二熱載體包括第三固體產物和/或第三氣體產物。根據本發明的所述煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法，通過將煤裂解、重質油裂解和焦粉燃燒三個過程結合起來，並形成循環的傳質系統，使得煤裂解產生的固體產物能夠進入重質油裂解反應器中，作為重質油裂解反應的熱載體；而重質油裂解產生的固體產物能夠進入所述燃燒器中進行燃燒，能夠產生具有高熱量的氣體產物和/或固體產物，使該氣體產物和/或固體產物循環至所述煤裂解反應器和/或所述重質油裂解反應器中，以對所述煤裂解反應器和/或重質油裂解反應器提供熱量。因此，根據本發明提供的方法成功實現了煤裂解和重質油裂解的聯合生產，同時，使得各自在煤裂解和重質油裂解過程中產生的固體產物能夠作為熱載體循環使用，從而大大節省了生產能耗。
圖1表示根據本發明實施例1的生產過程的流程圖；圖2表示根據本發明實施例2的生產過程的流程圖；圖3表示根據本發明實施例3的生產過程的流程圖。
具體實施例方式根據本發明的煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法包括以下步驟(1)在煤裂解的條件下，使煤炭與第一熱載體接觸，得到第一固體產物和第一氣體產物；(2)在重質油裂解的條件下，使重質油與第二熱載體接觸，得到第二固體產物和第二氣體產物，第二熱載體包括第一固體產物；(3)使第二固體產物燃燒，得到第三固體產物和第三氣體產物；並且，第一熱載體和/或第二熱載體包括第三固體產物和/或第三氣體產物。在步驟(1)中，煤炭在第一熱載體的作用下，所述煤炭的溫度升高並且發生裂解，釋放出其中的大部分揮發分，從而得到的裂解產物中包括氣體產物和固體產物，也即第一氣體產物和第一固體產物。所述第一固體產物主要包括半焦和焦粉，所述半焦主要由煤裂解反應產生，所述焦粉主要來自進入所述第一反應器中的熱載體。所述第一氣體產物主要包括煤焦油和煤氣。根據本發明提供的方法，步驟(1)可以在各種常規的反應器中實施，只要該反應器能夠實現煤裂解反應即可，因此，該反應器可以稱為煤裂解反應器。所述煤裂解反應器例如可以為流化床反應器、提升管反應器、下行式反應器、移動床反應器或者它們的組合形式的反應器。在本發明中，所述第一固體產物是指從煤裂解反應器中排出的固體產物，所述第一氣體產物是指從煤裂解反應器中排出的氣體產物。在步驟O)中，重質油在第二熱載體的作用下，所述重質油的溫度迅速升高，發生霧化，同時霧化後的重質油發生熱裂解反應，從而得到的裂解產物中包括氣體產物和固體產物，也即第二氣體產物和第二固體產物。所述第二固體產物主要包括焦粉顆粒，所述第二氣體產物主要包括裂解氣、汽油餾分、柴油餾分和重油餾分。根據本發明提供的方法，步驟(2)可以在各種常規的反應器中實施，只要該反應器能夠實現重質油裂解反應即可，因此，該反應器可以稱為重質油裂解反應器。所述重質油裂解反應器例如可以為流化床反應器、提升管反應器、下行式反應器或者它們的組合形式的反應器。在本發明中，所述第二固體產物是指從重質油裂解反應器中排出的固體產物，所述第二氣體產物是指從重質油裂解反應器中排出的氣體產物。在步驟(3)中，通過將第二固體產物燃燒，從而產生高溫氣體和吸收了大量的燃燒產生的熱量的未充分燃燒的固體，也即第三氣體產物和第三固體產物，並將燃燒後產生的灰渣(充分燃燒產生的固體)排出燃燒器。而且，通過使第一熱載體和/或第二熱載體包括第三固體產物和/或第三氣體產物，可以補充步驟⑴和/或步驟⑵的反應過程中的熱量損失，從而可以將步驟(1)的煤裂解反應的溫度和/或步驟O)的重質油裂解反應的溫度調節至穩定的範圍內，使得所述煤裂解和重質油裂解過程能夠循環實施。在本發明中，步驟(3)的燃燒的溫度可以為800-1500°C，優選為800-1200°C。所述燃燒產生的第三固體產物的顆粒直徑可以為0.01-3毫米。根據本發明提供的方法，步驟C3)可以在常規的燃燒器中實施。在本發明中，所述第三固體產物是指從燃燒器中排出的未充分燃燒的固體產物，所述第三氣體產物是指從燃燒器中排出的氣體產物。根據本發明的一種優選實施方式，所述第一熱載體為第三固體產物和/或第三氣體產物，所述第二熱載體為第一固體產物；更優選的情況下，所述第一熱載體為第三固體產物，所述第二熱載體為第一固體產物。根據本發明提供的方法，所述煤裂解的條件可以在常規的煤裂解反應條件中適當地選擇。優選情況下，所述煤裂解的條件包括煤炭與第一熱載體接觸的溫度為450-700°C，更優選為450-650°C。在這種情況下，第一熱載體的溫度為600-1500°C，且煤炭與該第一熱載體的重量比為1 1-10，優選為1 2-8。在進一步優選情況下，所述煤裂解的條件還包括煤炭與第一熱載體接觸的壓力為0. 1-0. 6MPa，更優選為0. 1-0. 4MPa。在本發明中，所述壓力是指絕對壓力；所述煤炭與第一熱載體接觸的溫度是指煤炭與第一熱載體接觸時所處環境的溫度，也即煤炭與第一熱載體混合後，二者發生熱傳遞並達到平衡時的溫度。在一種優選實施方式中，為使煤炭能夠更充分地裂解，根據本發明提供的方法還包括使煤炭在與第一熱載體接觸之前加熱至100-350°C。在本發明中，所述煤炭可以為具有常規的顆粒直徑的各種煤炭，優選情況下，所述煤炭的顆粒直徑為0. 05-2毫米。所述煤炭例如可以為泥炭、褐炭和煙煤中的至少一種。根據本發明提供的方法，所述重質油裂解的條件可以在常規的重質油裂解反應條件中適當地選擇。優選情況下，所述重質油裂解的條件包括重質油與第二熱載體接觸的溫度為450-650°C，更優選為450-550°C。在這種情況下，第二熱載體的溫度為450-700°C，所述重質油與第二熱載體的重量比為1 4-50，優選為1 5-20。在進一步優選情況下，所述重質油裂解的條件還包括重質油與第二熱載體接觸的壓力為0. 1-0. 6MP，更優選為0. 1-0. 4MPa。所述重質油與第二熱載體接觸的溫度是指重質油與第二熱載體接觸時所處環境的溫度，也即重質油與第二熱載體混合後，二者發生熱傳遞並達到平衡時的溫度。在一種優選實施方式中，為使重質油能夠更充分地裂解，根據本發明提供的方法還包括使重質油在與第二熱載體接觸之前加熱至150-500°C，更優選加熱至200-450°C。在本發明中，所述重質油可以為各種常規的重質油，例如可以為重質原油、常壓渣油、常壓蠟油、減壓渣油、焦化蠟油、罐底油、脫浙青油、稠油和加氫裂化尾油中的至少一種。根據本發明的一種實施方式，所述方法還可以包括對所述第一氣體產物和所述第二氣體產物進行分離，以分離成重油餾分、柴油餾分、汽油餾分、水和氣體。所述分離的方法可以採用常規的方法實施，例如可以根據各個不同組分的冷凝溫度的不同，採用控溫冷凝的方式進行分離。在本發明中，對所述第一氣體產物和所述第二氣體產物的分離可以各自單獨實施，也可以將二者匯合後再一起實施分離。考慮到生產成本，優選將二者匯合後再一起實施分離。根據本發明的一種實施方式，所述方法還可以包括將部分所述第二固體產物排出，並冷卻以得到的焦粉產品，同時使其它部分的所述第二固體產物進行燃燒。排出並進行冷卻的所述第二固體產物的量可以為所述第二固體產物的總重量的5-60重量％，優選為20-50 重量 ％。以下通過實施例對本發明作進一步詳細的說明。實施例1本實施例用於說明本發明提供的所述煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法。如圖1所示，將100重量份的顆粒直徑為0. 05-2毫米的煤粉(組成如下表1所示)加熱至200°C，然後加入煤裂解反應器中，並與來自燃燒器中燃燒產生的氣體(溫度為1000°C)混合，使煤粉與燃燒產生的氣體的重量比為1 2，從而將所述煤裂解反應器的溫度調節為580°C，壓力調節為0. 3MPa。經過煤裂解反應器處理後得到氣體產物和固體產物，即第一氣體產物和第一固體產物。將10重量份的重質原油(組成如下表2所示)加熱至200°C，然後加入重質油裂解反應器中，並與來自煤裂解反應器中的第一固體產物(溫度為560°C )混合，使所述重質油裂解反應器中的重質原油與所述第一固體產物的重量比為1 8，從而將所述重質油裂解反應器的溫度調節為500°C，壓力調節為0. 3MPa。經過重質油裂解反應器處理後得到氣體產物和固體產物，即第二氣體產物和第二固體產物。對所述第二固體產物進行汽提，並將部分經過汽提的所述第二固體產物排出並進行冷卻以獲得焦粉產品，將剩餘部分經過汽提的所述第二固體產物作為燃料加到燃燒器中，並向所述燃燒器中注入空氣，以使所述燃燒器內發生燃燒，並將所述燃燒器內的溫度控制為1100°C，同時使所述燃燒器中燃燒產生的氣體(即第三氣體產物)循環至所述煤裂解反應器中，將充分燃燒產生的灰渣排出燃燒器。為方便操作，將所述第一氣體產物和所述第二氣體產物匯合，並採用控溫冷凝的方式進行分離。表3為煤裂解反應和重質油裂解反應達到物料平衡時的產物及其收率，且表3中從煤裂解反應和重油裂解反應的產物中分離出的氣體的組成如下表4所示。表 權利要求
1.一種煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)在煤裂解的條件下，使煤炭與第一熱載體接觸，得到第一固體產物和第一氣體產物；(2)在重質油裂解的條件下，使重質油與第二熱載體接觸，得到第二固體產物和第二氣體產物，第二熱載體包括第一固體產物；(3)使第二固體產物燃燒，得到第三固體產物和第三氣體產物；並且，第一熱載體和/或第二熱載體包括第三固體產物和/或第三氣體產物。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一熱載體為第三固體產物和/或第三氣體產物，所述第二熱載體為第一固體產物。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述煤裂解的條件包括煤炭與第一熱載體接觸的溫度為450-700°C。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，第一熱載體的溫度為600-1500°C，且煤炭與該第一熱載體的重量比為1 1-10。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，所述煤裂解的條件還包括煤炭與第一熱載體接觸的壓力為0. 1-0. 6MPa。
6.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述煤炭的顆粒直徑為0.05-2毫米，第三固體產物的顆粒直徑為0. 01-3毫米。
7.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述重質油裂解的條件包括重質油與第二熱載體接觸的溫度為450-650°C。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，第二熱載體的溫度為450-700°C，所述重質油與第二熱載體的重量比為1 4-50。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述重質油裂解的條件還包括重質油與第二熱載體接觸的壓力為0. 1-0. 6MPa。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述重質油為重質原油、常壓渣油、常壓蠟油、減壓渣油、焦化蠟油、罐底油、脫浙青油、稠油和加氫裂化尾油中的至少一種。
11.根據權利要求1或2所述的方法，其中，在步驟(3)中，所述燃燒的溫度為800-1500°C。
全文摘要
一種煤裂解和重質油裂解的聯合生產方法，該方法包括(1)在煤裂解的條件下，使煤炭與第一熱載體接觸，得到第一固體產物和第一氣體產物；(2)在重質油裂解的條件下，使重質油與第二熱載體接觸，得到第二固體產物和第二氣體產物，第二熱載體包括第一固體產物；(3)使第二固體產物燃燒，得到第三固體產物和第三氣體產物；並且，第一熱載體和/或第二熱載體包括第三固體產物和/或第三氣體產物。採用本發明提供的方法實現了煤裂解和重質油裂解的聯合生產，從而大大節省了煤裂解和重質油裂解過程中的能量消耗。
文檔編號C10J3/46GK102382669SQ20111007458
公開日2012年3月21日 申請日期2011年3月24日 優先權日2010年9月1日
發明者侯栓弟, 張佔柱, 朱丙田, 武雪峰, 王亞民, 王衛平, 申海平 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院