專利名稱：一種重油輕質(zhì)化加工方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于重油或煤、生物質(zhì)熱解油加工和高值化利用的能源化工領(lǐng)域；特別涉及一種重質(zhì)或劣質(zhì)的原油、稠油、減壓渣油、熱解焦油、循環(huán)油、澄清油、浙青、油砂、油石和油頁巖等原料油的輕質(zhì)化加工方法及裝置，具體說是一種重油的熱裂化和焦炭燃燒氣化耦合的輕質(zhì)化加工方法及裝置。
背景技術(shù)：
社會經(jīng)濟的快速發(fā)展對燃料油、氣資源的需求量急劇增大，而原油的可采儲量正逐年下降，其重質(zhì)化和劣質(zhì)化程度逐步加深。因此，提高原油尤其是重質(zhì)原油的深加工利用，對于緩減油氣資源短缺現(xiàn)狀具有積極意義。從我國石油煉制的原料油特性分析，重質(zhì)原油產(chǎn)量逐年增大，品質(zhì)逐漸下降。進口原油中以中東含硫或高硫原油、委內(nèi)瑞拉稠油和哈薩克斯坦含硫原油占主要部分，加拿大油砂浙青也是潛在的進口原油資源，均屬于含硫的重質(zhì)原油。概括而言，我國原料油的重質(zhì)油所占的比重增加，原油中殘?zhí)俊⒘?、氮和金屬含量增多，這必將對已有的石油煉制工藝技術(shù)提出更加苛刻的要求。通常來講，重油的輕質(zhì)化是在一定條件下渣油大分子或高分子碳、氫元素的重新分配，形成分子量相對較小、氫碳比較高的輕質(zhì)組份的工藝過程，主要包括加氫和脫碳兩大類技術(shù)手段。重油加氫反應(yīng)較汽柴油加氫具有更加苛刻的工藝條件才能實現(xiàn)，其設(shè)備投資巨大，工業(yè)化應(yīng)用進度緩慢。重油的脫碳工藝工業(yè)應(yīng)用成熟，其中催化裂化和延遲焦化是重油經(jīng)脫碳而輕質(zhì)化的主要工藝技術(shù)。催化裂化對原料油要求相對苛刻，重質(zhì)油較高的殘?zhí)恐岛秃械腘i、V等金屬均能導(dǎo)致催化裂化催化劑嚴(yán)重積碳失活甚至是永久性失活，所以， 催化裂化對上述原料油的適應(yīng)性較差。相對而言，延遲焦化對含硫、氮、金屬和殘?zhí)恐蹈叩闹刭|(zhì)原料油適應(yīng)能力更強，具有更好的適用性。值得注意的是含硫原料油延遲焦化將副產(chǎn)含硫甚至是高硫石油焦，其實用價值較低。目前只有部分延遲焦化工藝生產(chǎn)的石油焦可作用冶金電極或其他功能材料，含硫石油焦需要高溫煅燒加工后才可提高其品質(zhì)，而大多數(shù)含硫石油焦均作為鍋爐燃料，其價格低廉，整體經(jīng)濟性較差。相對于國內(nèi)廣泛采用的延遲焦化進行重油深度加工而言，國外在重油深度熱加工方面具有更加靈活多樣的工藝模式，如美國?？松こ坦緩纳鲜兰o(jì)五十年代相繼公開了多個有關(guān)渣油流化焦化的工藝技術(shù)，實現(xiàn)了重油輕質(zhì)化的連續(xù)生產(chǎn)，不需要外置加熱爐，依靠熱裂化反應(yīng)中產(chǎn)生的焦炭燃燒供熱，避免了已有焦化工藝中加熱爐管的結(jié)焦問題；并且該工藝的重油裂解速率明顯加快，焦炭和殘?zhí)康谋戎碉@著降低，可獲得更多低沸點輕質(zhì)餾分油產(chǎn)物，在美國和加拿大等國建有多套工業(yè)化裝置。其缺陷是該工藝過程中產(chǎn)生的粉狀石油焦的利用受到限制進入七十年代中后期，隨著對環(huán)境污染的關(guān)注日益突出，流化焦化的燒焦過程中硫氧化物、氮氧化物的排放和副產(chǎn)粉狀石油焦的高值化應(yīng)用問題，逐漸限制了流化焦化工藝的發(fā)展。為了解決上述問題，?？松こ坦居珠_發(fā)了流化焦化和石油焦氣化的聯(lián)合工藝(即靈活焦化)，隨后在日本、美國和委內(nèi)瑞拉等國建成工業(yè)化生產(chǎn)裝置；該工藝技術(shù)拓寬了原料油的適用性，副產(chǎn)石油焦得到更為合理的利用，但裝置的工藝流程較復(fù)雜，控制難度大，增大了設(shè)備投入，石油焦氣化所得燃?xì)獾臒嶂档?，其?yīng)用沒能得到持續(xù)快速發(fā)展。近年來，國內(nèi)在重油熱轉(zhuǎn)化的流化床反應(yīng)工藝方面正逐漸引起研究者的關(guān)注。專利技術(shù)CN 1600831公布了一種重油固體熱載體循環(huán)裂解和氣化技術(shù)，該技術(shù)中重油首先經(jīng)預(yù)熱后和高溫?zé)彷d體在下行床混合并完成熱解，產(chǎn)生的含焦熱載體先經(jīng)上行提升管部分燒焦升溫，剩余的含焦高溫?zé)彷d體導(dǎo)入氣化反應(yīng)器并鼓入高溫蒸汽進行氣化反應(yīng)，反應(yīng)后的高溫?zé)彷d體重新和重油下行混合熱解，進入下一個循環(huán)。該工藝將熱裂化反應(yīng)器和汽提器獨立開來，燃燒和氣化步驟分開進行，設(shè)置了多個反應(yīng)器，增加了操作難度。中國石化石油化工科學(xué)研究院的專利CN101451073公開的一種熱裂解與氣化聯(lián)合加工重質(zhì)油的方法， 采用床內(nèi)循環(huán)的方式，通過調(diào)整反應(yīng)器不同部位的直徑將整個反應(yīng)系統(tǒng)自上而下分成氣固分離區(qū)、熱解區(qū)和氣化區(qū)。重質(zhì)原料油由反應(yīng)器的氣固分離區(qū)底部噴入，和反應(yīng)器底部完成氣化反應(yīng)的高溫?zé)釤煔夂筒糠纸固款w粒熱交換并進行熱解反應(yīng)，產(chǎn)生的熱解輕質(zhì)組份和上升氣流一起經(jīng)氣固分離后導(dǎo)出，熱裂解重質(zhì)組份形成的焦炭和氣固分離的固體焦粉落入氣化區(qū)進行氣化，由此實現(xiàn)了重質(zhì)油的完全轉(zhuǎn)化，但在同一個反應(yīng)器內(nèi)同時完成熱裂化和氣化反應(yīng)，反應(yīng)系統(tǒng)中需要供入氧氣，這在裝置實際操作運行中的控制難度大，危險性高。中國石油大學(xué)在油砂和油頁巖等非常規(guī)重質(zhì)原料油的加工方面提出了一種直接流化床焦化的技術(shù)(CN 101358136)，該技術(shù)直接將油砂等含固體成分的原料油供入焦化反應(yīng)器，經(jīng)焦化反應(yīng)器內(nèi)來自燒焦后的高溫?zé)彷d體換熱升溫后完成焦化反應(yīng)，反應(yīng)油氣汽提后進入分離和穩(wěn)定系統(tǒng)，附著焦炭的熱載體輸送到燒焦器燃燒焦炭，為反應(yīng)系統(tǒng)提供熱量。產(chǎn)生的高溫?zé)彷d體部分循環(huán)利用到焦化反應(yīng)器，另一部分排出系統(tǒng)，維持裝置內(nèi)固體熱載體的總量平衡，該工藝只適合于非常規(guī)的固相原料油的加工過程，而且，在燒焦的熱量匹配上具有局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種重油輕質(zhì)化加工方法及裝置；該重油輕質(zhì)化加工方法及裝置為重油的熱裂化和焦炭燃燒/氣化耦合的輕質(zhì)化加工方法及裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的重油輕質(zhì)化加工方法，其步驟如下(1)首先將原料油通過原料油供料器引入熱裂化反應(yīng)室；所述的原料油為常壓渣油、減壓渣油、重質(zhì)原油、劣質(zhì)原油、稠油、熱解焦油、循環(huán)油、澄清油、浙青或它們的任意混合物；所述的原料油或者為油砂、油石或油頁巖；(2)進入熱裂化反應(yīng)室的原料油與來自提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器的固體熱載體在流化狀態(tài)下完成熱量交換，達到350 800°C，同時在固體熱載體表面進行原料油的熱裂化反應(yīng)；(3)所進行的熱裂化反應(yīng)達到平衡后的氣相裂化氣產(chǎn)物和輕質(zhì)組分以氣態(tài)形式存在，并通過由熱裂化反應(yīng)室底部進入的第一流化介質(zhì)氣體攜帶由所述熱裂化反應(yīng)室頂部的熱烈化產(chǎn)物出口導(dǎo)出；附著于固體熱載體表面的重質(zhì)石油焦和部分輕質(zhì)組分進入與所述熱裂化反應(yīng)室相通的汽提室，在汽提室底部進入的汽提氣作用下輕質(zhì)組分由所述汽提室頂部熱裂化產(chǎn)物出口導(dǎo)出，附著于固體熱載體表面的重質(zhì)石油焦再進入與所述汽提室相連通的返料室；進入返料室的附著石油焦炭的固體熱載體通過帶有返料閥的返料器進入提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器；(4)在提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器中，附著石油焦炭的固體熱載體在由提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器底部進入的氧化氣體作用下進行氧化燃燒；或在由提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器底部進入的富氧氣化氣體作用下進行氣化反應(yīng)；所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器內(nèi)的溫度為800 1200°C ；(5)步驟(4)所述的氧化燃燒或氣化反應(yīng)的氣相產(chǎn)物和固體熱載體一起進入一級氣固分離器進行氣固分離，之后固體熱載體進入熱裂化反應(yīng)器進行下一個循環(huán)；夾帶灰分的氣相產(chǎn)物進入二級氣固分離器，實現(xiàn)灰分和氣相產(chǎn)物的分離，并將分離的氣相產(chǎn)物經(jīng)換熱器回收余熱后導(dǎo)向出口；所述的固體熱載體為粒徑0. 02 5mm的石英砂、氧化鋁微球、硅膠微球、硅鋁微球、催化裂化廢催化劑、石灰石或粘土。所述汽提氣為氮氣、水蒸汽或熱裂化反應(yīng)干氣；所述通入提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1內(nèi)的氧化氣體和富氧氣化氣體均為空氣、 氧氣、過熱水蒸汽、二氧化碳或含氧水蒸汽混合氣體。本發(fā)明提供的重油輕質(zhì)化加工裝置，其包括下部相互連通的熱裂化反應(yīng)室6、汽提室7和返料室8 ；所述熱裂化反應(yīng)室6室內(nèi)下部、汽提室7室內(nèi)下部和返料室8室內(nèi)下部分別安裝帶孔布風(fēng)板；一提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1，其底部設(shè)有氧化氣體/富氧氣化氣入口 12及排渣口 13 ；一上部通過管道與所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1頂端相連通的一級氣固分離器3 ；一與所述一級氣固分離器3固相物料出口相連通的分配閥2 ；所述分配閥2的兩個物料出口分別與所述熱裂化反應(yīng)室6和返料器相連通，所述返料器裝于所述汽提室7與所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1下部之間的連通管道上；一與所述一級氣固分離器3頂端出口相連通的二級氣固分離器4 ；和一與所述二級氣固分離器4頂端出口相連通的余熱回收換熱器5 ；所述熱裂化反應(yīng)室6底端設(shè)有第一流化介質(zhì)氣體入口 16 ；所述汽提室7底端設(shè)有汽提氣入口 15 ；所述返料室8底端設(shè)有第二流化介質(zhì)氣體入口 14 ；所述裂化反應(yīng)室6上部裝有與所述裂化反應(yīng)室6相連通的原料油供料器；所述熱裂化反應(yīng)室6頂端和汽提室7頂端分別設(shè)熱裂化反應(yīng)產(chǎn)物出口 18 ；所述二級氣固分離器4下端設(shè)飛灰出口 19 ；所述余熱回收換熱器5下部和上部分別設(shè)給水進口 21和蒸汽出口 22 ；所述余熱回收換熱器5下端設(shè)煙氣出口 20。所述分配閥2為氣控分配閥或機械分配閥。所述的原料油供料器為出口裝有霧化噴嘴的噴射供料器10，其供料方式有固體熱載體床內(nèi)噴射供料、固體熱載體密相床表面噴射供料和反應(yīng)器布風(fēng)板底部風(fēng)室內(nèi)霧化供料，或者為螺旋給料器11。所述的熱裂化反應(yīng)室6、汽提室7和返料室8為由分隔擋板將上部隔離而下部連通的一體化結(jié)構(gòu)；或為通過立管連接的分體結(jié)構(gòu)。所述的返料室8為裝有返料出口 M和返料滑閥9的返料室。所述的一級氣固分離器3和二級氣固分離器4均為旋風(fēng)分離器。本發(fā)明的重油輕質(zhì)化加工裝置，其核心是提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1、一級氣固分離器3、分配閥2、熱裂化反應(yīng)室6、汽提室7和返料室8順次連接后，再由返料室8與所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1相連通構(gòu)成循環(huán)回路；通過控制和調(diào)節(jié)物料熱裂化反應(yīng)器流化氣體、產(chǎn)物汽提氣體、返料輸送氣體、氧化/氣化和流化氣體等氣體的流量，保證固體熱載體在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流化，并通過固體熱載體與反應(yīng)原料的熱量傳遞使反應(yīng)物達到所需的反應(yīng)溫度，分別在熱裂化反應(yīng)室6和提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1中完成熱裂化和燃燒/氣化反應(yīng)。提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1底端設(shè)置排渣口，為了保持系統(tǒng)中固體熱載體的總量平衡，可將系統(tǒng)長周期運轉(zhuǎn)時累積的固體殘渣由此口排放到系統(tǒng)外；為了保證固體熱載體有足夠的燒焦升溫時間，可調(diào)整反應(yīng)器不同部位的橫截面積。本發(fā)明的一級氣固分離器3和二級氣固分離器4均為旋風(fēng)分離器，通過一級氣固分離器3可將完成燃燒/氣化反應(yīng)的高溫固體熱載體與夾帶飛灰的氣體產(chǎn)物(煙氣或氣化氣)分離，固體熱載體和粒徑較大的飛灰由旋風(fēng)分離器3的料腿經(jīng)分配閥部分返回提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1，部分導(dǎo)入熱裂化反應(yīng)室6，夾帶粒徑較小飛灰的氣體產(chǎn)物(煙氣或氣化氣)進入二級氣固分離器4，將小粒徑飛灰和氣體產(chǎn)物分離，分離出的氣體產(chǎn)物進入余熱回收換熱器5 ；余余熱回收換熱器5將高溫?zé)煔饣驓饣瘹獾臒崃哭D(zhuǎn)化為過熱蒸汽用于本系統(tǒng)或發(fā)電；收集的飛灰中富集了原料油中含有的微量金屬Ni和V等高附加值重金屬物質(zhì)，可進行純化處理回收利用。本發(fā)明的分配閥2可為氣控分配閥或機械控制分配閥，用以調(diào)節(jié)提升管式燃燒/ 氣化反應(yīng)器1產(chǎn)生的固體熱載體輸送到熱裂化反應(yīng)室6中的量，以滿足原料油熱裂化反應(yīng)
所需熱量。本發(fā)明的熱裂化反應(yīng)室6設(shè)有原料油供料入口和布風(fēng)板；當(dāng)供料為液相原料時優(yōu)選原料油供料系統(tǒng)入口處加裝霧化噴嘴10 ；當(dāng)供料為固相原料時優(yōu)選原料油供料系統(tǒng)入口處加裝螺旋供料器11 ；原料油熱裂化反應(yīng)時間和汽提時間可以由流化氣和汽提氣的流速和所述熱裂化反應(yīng)室6和汽提室7內(nèi)固體熱載體的床層高度和寬度確定。本發(fā)明的所述返料室8、汽提室7和熱裂化反應(yīng)室6通過內(nèi)部分隔擋板隔離而底部連通的一體化結(jié)構(gòu)；返料室由返料滑閥9替代，主要起到系統(tǒng)中固體熱載體輸送流量控制和避免系統(tǒng)中提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1內(nèi)氣體反串的料封作用。本發(fā)明的汽提室7和返料室8的氣相輸送氣體為水蒸汽或熱裂化反應(yīng)干氣；通過控制汽提氣體和流化氣體流量和汽提、返料室大小來調(diào)節(jié)附著焦炭固體熱載體的移動速度和深度汽提反應(yīng)產(chǎn)物的速度。本發(fā)明技術(shù)的基本原理由附圖1所示；重油加工過程由原料油熱裂化反應(yīng)和固體熱載體附著焦炭的燃燒/氣化反應(yīng)兩個反應(yīng)器組成，并通過控制反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部固體熱載體的循環(huán)流化來實現(xiàn)兩個反應(yīng)器中物料和熱量傳遞，最終使重油達到完全高值轉(zhuǎn)化的目的；具體來說，原料油首先進入熱裂化反應(yīng)室，與來自燃燒/氣化反應(yīng)器的固體熱載體在流態(tài)化下快速換熱，并在固體熱載體表面完成熱裂化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物伴隨流化介質(zhì)快速脫離反應(yīng)體系，由此減少了反應(yīng)結(jié)焦，使熱裂化反應(yīng)中輕質(zhì)餾分油收率達到最大化；反應(yīng)中析出的殘?zhí)亢头磻?yīng)結(jié)焦附著于固體熱載體表面經(jīng)返料裝置進入燃燒/氣化反應(yīng)器，通過鼓入含氧介質(zhì)在流化狀態(tài)下將焦炭氧化燃燒，為反應(yīng)系統(tǒng)供熱，并副產(chǎn)高溫過熱蒸汽用于本系統(tǒng)或用于發(fā)電；本發(fā)明的另一種模式是經(jīng)返料裝置進入燃燒/氣化反應(yīng)器的含焦固體熱載體在氣化氣體作用下轉(zhuǎn)為氣化氣，進一步通過水汽變化反應(yīng)調(diào)節(jié)壓和CO的比例作為合成氣原料氣或制氫用于燃料油加氫精制。最終將高溫固體熱載體經(jīng)氣固分離后輸送進入熱裂化反應(yīng)器繼續(xù)下一個循環(huán)。整個反應(yīng)系統(tǒng)有機耦合實現(xiàn)重油的完全轉(zhuǎn)化利用和廢棄殘渣的超低排放。本發(fā)明裝置及方法的有益效果是其重油輕質(zhì)化加工方法，可將重質(zhì)或劣質(zhì)的原油、稠油、減壓渣油、熱解焦油、循環(huán)油、澄清油、浙青、油砂、油石和油頁巖等原料油轉(zhuǎn)化為裂化氣、汽油、柴油和蠟油等輕質(zhì)油品，以及將熱裂化反應(yīng)中產(chǎn)生的焦炭和原料油本身存在的殘?zhí)咳紵驓饣?；本發(fā)明的方法通過燃燒或氣化產(chǎn)生的石油焦炭后回收灰分而將原料油中含有的微量金屬(如原油中通常含有M和V元素)得到富集。本發(fā)明的方法可實現(xiàn)原料油的完全轉(zhuǎn)化，熱裂化反應(yīng)所得裂化氣直接并入煉廠氣相低碳烴的分離系統(tǒng)；裂化汽油和柴油產(chǎn)品也可直接并入后續(xù)的加氫精制系統(tǒng)；裂化反應(yīng)所得蠟油殘?zhí)匡@著降低，可作為催化裂化的原料油作進一步深加工； 熱裂化反應(yīng)產(chǎn)生的石油焦炭通過燃燒放熱制備過熱水蒸汽用于工藝系統(tǒng)或發(fā)電，或經(jīng)氣化制得富含H2和CO的氣化氣作為合成氣原料或通過水汽變換反應(yīng)制備氫氣，用于加氫精制反應(yīng)的原料氫；燃燒/氣化反應(yīng)副產(chǎn)的飛灰富集有Ni和V等金屬，可通過進一步加工形成高附加值產(chǎn)品。本發(fā)明的方法是一種對重油高效轉(zhuǎn)化與高值化利用的方法，具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明的方法對原料油適應(yīng)性廣，不僅適應(yīng)于常規(guī)的催化裂化或加氫裂化等輕質(zhì)化手段采用的原料油，而且可適應(yīng)于S、N、金屬和殘?zhí)亢烤^高或超高的重質(zhì)和劣質(zhì)原料油，如減壓渣油、熱解焦油、循環(huán)油、澄清油、浙青、油砂、油石和油頁巖等原料油的輕質(zhì)化加工；2、本發(fā)明的方法避免了已有延遲焦化工藝處理重油時焦化和水力除焦切換間歇操作以及加熱爐管易結(jié)焦堵塞等方面的缺點，實現(xiàn)了連續(xù)進出料的重油輕質(zhì)化工藝；3、本發(fā)明的方法采用流化床熱裂化模式，原料油的傳熱和傳質(zhì)速度快且均勻，減少熱裂化反應(yīng)的干氣產(chǎn)量，提高輕質(zhì)油品的產(chǎn)率，降低焦炭和殘?zhí)勘戎?，同時避免了常規(guī)流化焦化工藝產(chǎn)生粉狀焦炭難以利用的缺點，將熱裂化產(chǎn)生的石油焦炭燃燒供熱或氣化制備合成氣；4、本發(fā)明的方法采用原料油熱裂化和石油焦炭燃燒/氣化耦合的工藝方法有效集成并優(yōu)化利用了熱裂化和燃燒/氣化兩個反應(yīng)過程的工藝條件，使得所述發(fā)明方法的工藝較已有靈活焦化采用的重油焦化-石油焦燃燒供熱-石油焦氣化技術(shù)更加簡潔。5、本發(fā)明的裝置采用自熱式，不需要額外供熱；產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣驓饣瘹怏w通過余熱回收鍋爐可副產(chǎn)高溫過熱蒸汽用于所述發(fā)明方法的工藝系統(tǒng)，具有較好的節(jié)能效果。
6、本發(fā)明的方法和裝置中的氣化反應(yīng)器產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物中含有硫化氫等環(huán)境污染物和二氧化碳溫室氣體，通過后續(xù)凈化系統(tǒng)可將硫化氫轉(zhuǎn)化為我國缺少的產(chǎn)品硫磺，而且通過與變換反應(yīng)組合為二氧化碳捕集提供最現(xiàn)實的途徑，有利于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的重油輕質(zhì)化加工方法的原理示意圖；圖2為實施本發(fā)明方法的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為熱裂化反應(yīng)室與汽提室、返料室的一種連接方式；圖4為熱裂化反應(yīng)室與汽提室、返料室的另一種連接方式；圖5-7為液態(tài)原料油的三種不同進料方式；圖8為固態(tài)原料油的進料方式。
具體實施例方式實施例1重油輕質(zhì)化加工方法的具體實施方式
不僅適用于常規(guī)的用于催化裂化和加氫裂化的原料油，也可適用于高硫、氮、金屬和殘?zhí)亢康闹刭|(zhì)或劣質(zhì)原料油的加工處理，其中， 附圖1為重油輕質(zhì)化加工方法的原理示意圖，其集中體現(xiàn)了重油輕質(zhì)化加工的基本原理， 附圖2是實施例1所示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，本發(fā)明提供的重油輕質(zhì)化加工裝置， 其包括下部相互連通的熱裂化反應(yīng)室6、汽提室7和返料室8 ；所述熱裂化反應(yīng)室6室內(nèi)下部、汽提室7室內(nèi)下部和返料室8室內(nèi)下部分別安裝帶孔布風(fēng)板；一提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1，其底部設(shè)有氧化氣體/富氧氣化氣入口 12及排渣口 13 ；一上部通過管道與所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1頂端相連通的一級氣固分離器3 ；一與所述一級氣固分離器3固相物料出口相連通的分配閥2 ；所述分配閥2的兩個物料出口分別與所述熱裂化反應(yīng)室6和返料器相連通，所述返料器裝于所述汽提室7與所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1下部之間的連通管道上；一與所述一級氣固分離器3頂端出口相連通的二級氣固分離器4 ；和一與所述二級氣固分離器4頂端出口相連通的余熱回收換熱器5 ；所述熱裂化反應(yīng)室6底端設(shè)有第一流化介質(zhì)氣體入口 16 ；所述汽提室7底端設(shè)有汽提氣入口 15 ；所述返料室8底端設(shè)有第二流化介質(zhì)氣體入口 14 ；所述裂化反應(yīng)室6上部裝有與所述裂化反應(yīng)室6相連通的原料油供料器；所述熱裂化反應(yīng)室6頂端和汽提室7頂端分別設(shè)熱裂化反應(yīng)產(chǎn)物出口 18 ；所述二級氣固分離器4下端設(shè)飛灰出口 19 ；所述余熱回收換熱器5下部和上部分別設(shè)給水進口 21和蒸汽出口 22 ；所述余熱回收換熱器5下端設(shè)煙氣出口 20。所述熱裂化反應(yīng)室6、汽提室7和返料室8為由分隔擋板將上部隔離而下部連通的一體化結(jié)構(gòu)；提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1在本實施例1中只用作燃燒反應(yīng)器；具體的實施方法是首先將重油(原料油)經(jīng)原料油供入系統(tǒng)送入熱裂化反應(yīng)室6，在所述熱裂化反應(yīng)室6中重油原料油與熱裂化反應(yīng)室6頂端導(dǎo)入的固體熱載體接觸，由熱裂化反應(yīng)室6底部的第一流化氣體入口進入的第一流化介質(zhì)氣體將固體熱載體和供入的重油流化混合，伴隨重油和固體熱載體之間的快速傳熱，重油均勻附著于固體熱載體表面并迅速達到反應(yīng)所需溫度450 650°C (本實施例)進行熱裂化反應(yīng)；熱裂化反應(yīng)生成的氣相裂化氣和輕質(zhì)組分(包括石腦油、輕柴油、重柴油和蠟油)在熱裂化反應(yīng)室6內(nèi)以氣態(tài)形式存在，并通過進入的第一流化介質(zhì)氣體部分夾帶由熱裂化反應(yīng)產(chǎn)物出口導(dǎo)出；附著固體載體夾帶和吸附少量氣相輕質(zhì)組分通過與熱裂化反應(yīng)室6下部相通的溢流口進入汽提室7，并在汽提室7底端進入的汽提氣的作用下，熱裂化反應(yīng)產(chǎn)生的輕質(zhì)組份進行汽提；完成汽提的附著石油焦炭固體熱載體經(jīng)與所述汽提室7下部相連通的溢流口進入返料室8 ；所述返料室8與提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1下部之間裝有帶返料閥的返料斜管，進入返料室8的完成汽提的附著石油焦炭固體熱載體經(jīng)返料斜管送入提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1 ；返料閥是本發(fā)明得以連續(xù)運行的關(guān)鍵設(shè)備，不僅起到控制固體熱載體流動的方向和速率，而且可防止提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1內(nèi)氧化性氣體反串到熱裂化反應(yīng)室6，具有料封作用；附著石油焦炭的固體熱載體在提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1中進行氧化燃燒，通過控制由提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1底部進入的氧化氣體在提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器 1內(nèi)的表觀氣速在0. 3 6m/s，使提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1的燃燒反應(yīng)溫度達到800 IOOO0C (優(yōu)選900 1000°C )，以使得附著在固體熱載體的石油焦炭在流化提升過程中進行燃燒；燃燒產(chǎn)生的氣固混合物進入一級氣固分離器3實現(xiàn)固體熱載體和夾帶飛灰小顆粒的氣相產(chǎn)物氣體分離；固體熱載體由一級氣固分離器3的下端料腿引入分配閥2，通過控制分配閥2分配固體熱載體進入熱裂化反應(yīng)室6的量和返回提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1的量；進入熱裂化反應(yīng)室6的固體熱載體和送入的重油在流化狀態(tài)下迅速達到傳熱和傳質(zhì)平衡，由此進入下一個循環(huán)；由一級氣固分離器3分離的夾帶小顆粒飛灰高溫?zé)煔膺M入二級氣固分離器4進行氣固分離，分離得到的高溫?zé)煔膺M入余熱回收換熱器5，回收的余熱用于本發(fā)明的提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1所需過熱蒸汽，分離過程中捕集的飛灰富集了原料油中含有的微量M 和V等金屬，可通過進一步加工回收利用。實施例2本實施例2與實施例1不同的是該裝置中的提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1主要用作熱裂化反應(yīng)產(chǎn)生焦炭的氣化反應(yīng)；完成熱裂化反應(yīng)后的附著石油焦炭的固體熱載體經(jīng)汽提和返料后進入該用作氣化反應(yīng)的提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1，此時該提升管式燃燒/ 氣化反應(yīng)器1底部通入富氧流化氣體，提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1內(nèi)富氧流化氣體的表觀氣速為0. 3 6m/s，氣化反應(yīng)溫度為900 1200°C，以使附著在固體熱載體上的石油焦炭在流化提升過程中完成氣化反應(yīng)。實施例3如附圖3所示，汽提室7和返料室8成一體結(jié)構(gòu)，與熱裂化反應(yīng)室6分離布置，由熱裂化反應(yīng)室6溢流口流出的物料經(jīng)下降管以移動床的形式進入汽提室7和返料室8，下降管可以進一步起到料封的作用，防止氣流反串。
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實施例4如附圖4所示，本發(fā)明的汽提室7設(shè)置了返料溢流口，該返料溢流口與提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1連通一返料管，所述返料管上裝有返料滑閥9，由汽提室7的返料溢流口流出的固體熱載體物料經(jīng)返料滑閥9后再進入提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1，同樣可以起到料封以防止氣化氣體反串的作用。實施例5附圖5-8所示的重油輕質(zhì)化加工裝置是附圖2的補充，分別給出了原料油的不同進料方式。當(dāng)原料油為預(yù)熱后液體供料，采用霧化噴嘴供料，供料方式可以是向固體熱載體的床表面噴射供料(附圖幻，也可以是固體熱載體密相床內(nèi)霧化供料(附圖6)或反應(yīng)器底部風(fēng)室內(nèi)霧化供料(附圖7)；若原料油為油砂、油石和油頁巖等固態(tài)原料時，采用螺旋給料器供料(附圖8)。
權(quán)利要求
1.一種重油輕質(zhì)化加工方法，其步驟如下(1)首先將原料油通過原料油供料器引入熱裂化反應(yīng)室；所述的原料油為常壓渣油、 減壓渣油、重質(zhì)原油、劣質(zhì)原油、稠油、熱解焦油、循環(huán)油、澄清油、浙青或它們的任意混合物；所述的原料油或者為油砂、油石或油頁巖；(2)進入熱裂化反應(yīng)室的原料油與來自提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器的固體熱載體在流化狀態(tài)下完成熱量交換，達到350 800°C，同時在固體熱載體表面進行原料油的熱裂化反應(yīng)；(3)所進行的熱裂化反應(yīng)達到平衡后的氣相裂化氣產(chǎn)物和輕質(zhì)組分以氣態(tài)形式存在， 并通過由熱裂化反應(yīng)室底部進入的第一流化介質(zhì)氣體攜帶從所述熱裂化反應(yīng)室頂部的熱烈化產(chǎn)物出口導(dǎo)出；附著于固體熱載體表面的重質(zhì)石油焦和部分輕質(zhì)組分進入與所述熱裂化反應(yīng)室相通的汽提室，在汽提室底部進入的汽提氣作用下輕質(zhì)組分從所述汽提室頂部熱裂化產(chǎn)物出口導(dǎo)出；附著于固體熱載體表面的重質(zhì)石油焦再進入與所述汽提室相連通的返料室；進入返料室的附著石油焦炭的固體熱載體通過帶有返料閥的返料器進入提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器；(4)在提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器中，附著石油焦炭的固體熱載體在由提升管式燃燒/ 氣化反應(yīng)器底部進入的氧化氣體作用下進行氧化燃燒；或在由提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器底部進入的富氧氣化氣體作用下進行氣化反應(yīng)；所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器內(nèi)的溫度為800 1200°C ；(5)步驟(4)所述的氧化燃燒或氣化反應(yīng)的氣相產(chǎn)物和固體熱載體一起進入一級氣固分離器進行氣固分離，之后固體熱載體進入熱裂化反應(yīng)器進行下一個循環(huán)；夾帶灰分的氣相產(chǎn)物進入二級氣固分離器，實現(xiàn)灰分和氣相產(chǎn)物的分離，并將分離的氣相產(chǎn)物經(jīng)換熱器回收余熱后導(dǎo)向出口。
2.按權(quán)利要求1所述的重油輕質(zhì)化加工方法，其特征在于，所述的固體熱載體為粒徑 0. 02 5mm的石英砂、氧化鋁微球、硅膠微球、硅鋁微球、催化裂化廢催化劑、石灰石或粘土。
3.按權(quán)利要求1所述的重油輕質(zhì)化加工方法，其特征在于，所述汽提氣為氮氣、水蒸汽或熱裂化反應(yīng)干氣。
4.按權(quán)利要求1所述的重油輕質(zhì)化加工方法，其特征在于，所述通入提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器1內(nèi)的氧化氣體和富氧氣化氣體均為空氣、氧氣、過熱水蒸汽、二氧化碳或含氧水蒸汽混合氣體。
5.一種重油輕質(zhì)化加工裝置，其包括下部相互連通的熱裂化反應(yīng)室(6)、汽提室(7)和返料室(8)；所述熱裂化反應(yīng)室(6) 室內(nèi)下部、汽提室(7)室內(nèi)下部和返料室(8)室內(nèi)下部分別安裝帶孔布風(fēng)板；一提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器(1)，其底部設(shè)有氧化氣體/富氧氣化氣入口(1 及排渣口 (13)；一上部通過管道與所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器(1)頂端相連通的一級氣固分離器⑶；一與所述一級氣固分離器(3)固相物料出口相連通的分配閥O)；所述分配閥O)的兩個物料出口分別與所述熱裂化反應(yīng)室(6)和返料器相連通，所述返料器裝于所述汽提室 (7)與所述提升管式燃燒/氣化反應(yīng)器(1)下部之間的連通管道上；一與所述一級氣固分離器C3)頂端出口相連通的二級氣固分離器；和一與所述二級氣固分離器(4)頂端出口相連通的余熱回收換熱器(5)； 所述熱裂化反應(yīng)室(6)底端設(shè)有第一流化介質(zhì)氣體入口(16)；所述汽提室7底端設(shè)有汽提氣入口(1 ；所述返料室8底端設(shè)有第二流化介質(zhì)氣體入口(14)；所述裂化反應(yīng)室(6)上部裝有與所述裂化反應(yīng)室(6)相連通的原料油供料器； 所述熱裂化反應(yīng)室(6)頂端和汽提室(7)頂端分別設(shè)熱裂化反應(yīng)產(chǎn)物出口(18)； 所述二級氣固分離器(4)下端設(shè)飛灰出口(19)；所述余熱回收換熱器( 下部和上部分別設(shè)給水進口和蒸汽出口 0 ；所述余熱回收換熱器( 下端設(shè)煙氣出口 00)。
6.按權(quán)利要求5所述的重油輕質(zhì)化加工裝置，其特征在于，所述分配閥( 為氣控分配閥或機械分配閥。
7.按權(quán)利要求5所述的重油輕質(zhì)化加工裝置，其特征在于，所述的原料油供料器為出口裝有霧化噴嘴的固體熱載體床內(nèi)霧化噴射供料器、裝有霧化噴嘴的固體熱載體床表面霧化噴射供料器、裝有霧化噴嘴的布風(fēng)板下風(fēng)室內(nèi)霧化噴射供料器或為螺旋給料器。
8.按權(quán)利要求5所述的重油輕質(zhì)化加工裝置，其特征在于，所述的熱裂化反應(yīng)室(6)、 汽提室(7)和返料室(8)為由分隔擋板將上部隔離而下部連通的一體化結(jié)構(gòu)；或為通過立管連接的分體結(jié)構(gòu)。
9.按權(quán)利要求5所述的重油輕質(zhì)化加工裝置，其特征在于，所述的返料室(8)為裝有返料滑閥(9)的管式返料室。
10.按權(quán)利要求5所述的重油輕質(zhì)化加工裝置，其特征在于，所述的一級氣固分離器 (3)和二級氣固分離器(4)均為旋風(fēng)分離器。
全文摘要
一種重油輕質(zhì)化加工方法及裝置，原料油通過供料系統(tǒng)引入熱裂化反應(yīng)室，與來自燃燒/氣化反應(yīng)器的高溫固體熱載體混合、流化換熱和在固體熱載體表面進行熱裂化反應(yīng)；熱裂化反應(yīng)生成的裂化氣和輕質(zhì)組分產(chǎn)物由流化介質(zhì)氣體汽提后導(dǎo)向產(chǎn)物出口，附著石油焦的固體熱載體經(jīng)返料閥進入燃燒/氣化反應(yīng)器，通入氧化/氣化流化氣體使得石油焦炭在流化提升過程中實現(xiàn)燃燒/氣化反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物和固體熱載體由氣固分離器分離后，煙氣/氣化氣進入換熱器實現(xiàn)余熱回收后導(dǎo)向產(chǎn)物出口，固體熱載體經(jīng)分配閥分配分別進入熱裂化反應(yīng)器和燃燒/氣化反應(yīng)器循環(huán)使用，收集的飛灰可進一步加工利用，由此實現(xiàn)了重油完全高值轉(zhuǎn)化利用。
文檔編號C10J3/56GK102234522SQ201010171910
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者張玉明, 李強, 汪印, 董利, 許光文, 高士秋 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所