專利名稱：一種重油和煤共裂解的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重質(zhì)油和煤共裂解的加工方法。
背景技術(shù)：
我國是貧油富煤的國家，原油日趨重質(zhì)化、劣質(zhì)化，有些原油中的重質(zhì)組分殘?zhí)亢徒饘俸烤芨?，用傳統(tǒng)的加工方法很難高效地對其進(jìn)行綜合利用；同時(shí)，我國的煤炭資源極為豐富，其可開采儲量占世界的49.6%，而其中煙煤產(chǎn)量約占全國煤炭總產(chǎn)量的75%。 目前我國能源消費(fèi)量的76%是煤炭，主要用于直接燃燒。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制得氣體燃料、合成氣以及液體燃料的重要方法，此外還有一種更經(jīng)濟(jì)的方法煤干餾法，即將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使其分解的過程，也叫煤的焦化。 煤干餾過程主要經(jīng)歷如下變化當(dāng)煤料的溫度高于100°c時(shí)，煤中的水分蒸發(fā)出來，溫度升高到200°C以上時(shí)，煤中結(jié)合水釋出，高達(dá)350°C以上時(shí)，粘結(jié)性煤開始軟化，并進(jìn)一步形成粘稠的膠質(zhì)體(泥煤、褐煤等不發(fā)生此現(xiàn)象)；至400-500°C大部分煤氣和焦油析出，稱為一次熱分解產(chǎn)物；在450-550°C，熱分解繼續(xù)進(jìn)行，殘留物逐漸變稠并固化形成半焦；高于 550°C，半焦繼續(xù)分解，析出余下的揮發(fā)物(主要成分是氫氣)半焦失重同時(shí)進(jìn)行收縮，形成裂紋；溫度高于800°C，半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。當(dāng)干餾在干餾爐內(nèi)進(jìn)行時(shí)，一次熱分解產(chǎn)物與熾熱焦炭及高溫爐壁接觸，發(fā)生二次熱分解，形成二次熱分解產(chǎn)物。干餾終溫低于700°C為低溫干餾，干餾終溫高于900°C稱為煉焦或高溫干餾。低溫干餾可以獲得焦油、煤氣和半焦。高溫干餾主要獲得焦炭。與原煤相比，半焦含有的污染物少于原煤，對環(huán)境保護(hù)有利。對于單位熱量來說，煤焦油和煤氣比半焦具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。低溫干餾煤焦油和煤直接加氫液化第一階段所得油料的性質(zhì)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，原煤除部分用于煉焦、轉(zhuǎn)化加工外，絕大部分用于直接燃燒。 將煤直接燃燒不但熱效率低、對環(huán)境的破壞嚴(yán)重，而且煤中具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的富氫組分得不到合理利用。因此，開發(fā)出把煤炭轉(zhuǎn)化為潔凈燃料和多種化工產(chǎn)品的工藝過程具有重要的現(xiàn)實(shí)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(jìn)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(xì)化學(xué)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凈多聯(lián)利用技術(shù)，包括原煤加工制備、熱解、燃燒或氣化，熱解工序上設(shè)有煤化工分離凈化系統(tǒng)，其中，原煤經(jīng)加工制備后以一定粒度的粉煤進(jìn)入熱解工序進(jìn)行熱解，熱解后的氣相產(chǎn)物進(jìn)入煤化工分離凈化系統(tǒng)，獲得高附加值的烴類化工產(chǎn)品、凈煤氣；熱解后的固相產(chǎn)物半焦粉的后續(xù)工藝如下選擇(1)進(jìn)入燃燒工序燃燒，利用熱能發(fā)電、供熱；( 進(jìn)入氣化工序氣化，生產(chǎn)合成原料氣；C3)同時(shí)分別進(jìn)入燃燒工序燃燒、氣化工序氣化。目前處理重質(zhì)油常用的工藝是延遲焦化，該工藝通過使重質(zhì)油熱裂化得到部分焦化汽油、焦化柴油、焦化餾分油、氣態(tài)烴及焦炭等產(chǎn)品。該工藝中，由于重質(zhì)油需要在高溫下經(jīng)過較長的時(shí)間通過熱裂化生成較輕的油品，當(dāng)原料殘?zhí)亢芨邥r(shí)，生焦量很大。為了解決這一問題，已經(jīng)開發(fā)了反應(yīng)溫度較高、停留時(shí)間較短的重質(zhì)油裂解工藝。例如，CN 1504404A公開了一種煉油與氣化相結(jié)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(zhuǎn)移劑在反應(yīng)器內(nèi)接觸、反應(yīng)；(2)分離生成的反應(yīng)油氣和反應(yīng)后積炭的焦炭轉(zhuǎn)移劑，反應(yīng)油氣送入后續(xù)烴類產(chǎn)品分離系統(tǒng)，積炭的焦炭轉(zhuǎn)移劑經(jīng)汽提后送至氣化爐；(3)在氣化爐內(nèi)， 積炭的焦炭轉(zhuǎn)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(shí)使積炭的焦炭轉(zhuǎn)移劑得到再生；(4)經(jīng)步驟C3)再生后的焦炭轉(zhuǎn)移劑返回步驟(1)所述的反應(yīng)器中循環(huán)使用。然而，在上述兩篇專利文獻(xiàn)中公開的煤裂解和重質(zhì)油裂解的方法都需要外部供熱，而且，所述煤裂解和重質(zhì)油裂解過程中產(chǎn)生的固體產(chǎn)物的熱量不能循環(huán)利用，從而導(dǎo)致熱量回收效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有的煤裂解方法和重質(zhì)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(zhì)油共裂解的加工方法，采用該方法能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤裂解和重質(zhì)油裂解，同時(shí)使得煤裂解和重質(zhì)油裂解過程中各自產(chǎn)生的固體產(chǎn)物能夠作為熱載體而循環(huán)使用，從而大大節(jié)省了能耗。本發(fā)明提供了一種煤和重質(zhì)油共裂解的加工方法，包括以下步驟(1)重油和煤粉在裂解器內(nèi)與來自燃燒器的高溫焦粉接觸并反應(yīng)，生成裂解油氣和半焦、焦炭等固體產(chǎn)物，氣固分離后，分離出的油氣進(jìn)入后續(xù)分離系統(tǒng)，分離出的固體產(chǎn)物進(jìn)入燃燒器。(2)燃燒器內(nèi)，來自裂解器的固體產(chǎn)物和引入的含氧氣體接觸燃燒，產(chǎn)生的熱量使其自身溫度得以升高，得到高溫焦粉和煙氣，氣固分離后，一部分高溫焦粉重復(fù)利用，另一部分充分燃燒后排出裝置。本發(fā)明提供的煤和重質(zhì)油共裂解的加工方法的有益效果為通過將重油裂解、煤粉裂解和焦粉燃燒供熱三個(gè)過程結(jié)合起來，并形成循環(huán)的傳質(zhì)系統(tǒng)。在裂解器內(nèi)，煤粉與來自燃燒器的高溫焦粉混合升溫，同時(shí)與噴入裂解器的重油接觸，從而發(fā)生反應(yīng)。重油和煤裂解的固體產(chǎn)物進(jìn)入燃燒器與氧氣發(fā)生反應(yīng)，由于燃燒反應(yīng)大量放熱，使得燃燒器中未充分燃燒的固體產(chǎn)物吸收熱量，提高溫度；通過將所述未充分燃燒的高溫焦粉循環(huán)至所述裂解反應(yīng)器中，以對所述裂解反應(yīng)器提供熱量。因此，根據(jù)本發(fā)明提供的煤裂解和重質(zhì)油裂解的聯(lián)合生產(chǎn)方法成功實(shí)現(xiàn)了煤裂解、重質(zhì)油裂解和煤氣化的聯(lián)合生產(chǎn)；同時(shí)，煤裂解和重質(zhì)油裂解過程中產(chǎn)生的固體產(chǎn)物能夠作為熱載體循環(huán)使用，從而大大節(jié)省了生產(chǎn)過程中的能耗。另外，煤粉和重油一起共裂解可以明顯提高裂解氣和液體產(chǎn)物的收率，降低焦炭收率。


附圖為本發(fā)明提供的重油和煤共裂解的加工方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，本發(fā)明提供的重油和煤共裂解的加工方法是這樣具體實(shí)施的，包括以下步驟(1)重油和煤粉在裂解器內(nèi)與來自燃燒器的高溫焦粉接觸并反應(yīng)，生成裂解油氣和半焦、焦炭等固體產(chǎn)物，氣固分離后，分離出的油氣進(jìn)入后續(xù)分離系統(tǒng)，分離出的固體產(chǎn)物進(jìn)入燃燒器。(2)燃燒器內(nèi)，來自裂解器的固體產(chǎn)物和引入的含氧氣體接觸燃燒，產(chǎn)生的熱量使其自身溫度得以升高，得到高溫焦粉和煙氣，氣固分離后，一部分高溫焦粉重復(fù)利用，另一部分充分燃燒后排出裝置。本發(fā)明提供的方法中，步驟(1)中，所述重油和煤的裂解條件可以在常規(guī)的重油和煤裂解反應(yīng)條件中適當(dāng)?shù)剡x擇。優(yōu)選情況下，所述裂解器中的操作溫度為400-700°C、更優(yōu)選為450-600°C，壓力為0. l-20MPa、更優(yōu)選為0. I-IOMPa0在本發(fā)明中，所述壓力是指絕對壓力；所述裂解器操作溫度是指裂解器內(nèi)重油和煤炭與熱載體接觸時(shí)所處環(huán)境的溫度， 也即重油和煤炭與熱載體混合后，二者發(fā)生熱傳遞并達(dá)到平衡時(shí)的溫度。來自燃燒器的高溫焦粉作為熱載體為裂解器中重油裂解和煤粉裂解反應(yīng)提供熱量。熱載體的溫度為800-1200°C，可以通過調(diào)節(jié)引入裂解器的高溫焦粉的量來調(diào)節(jié)裂解器的溫度，通常煤炭與該熱載體的重量比為1 (1-10)，優(yōu)選為1 0-8)。所述重質(zhì)油與煤粉和熱載體混合物的重量比為1 (4-50)，優(yōu)選為1 (5-20)。本發(fā)明提供的方法中，煤和重油在裂解條件下裂解反應(yīng)生成油氣、半焦和焦粉，所述半焦主要由煤裂解反應(yīng)產(chǎn)生，所述焦粉主要來自進(jìn)入所述裂解器中的高溫焦粉和重油裂解產(chǎn)生的焦炭。來自燃燒器的高溫焦粉在裂解器中傳遞熱量，降低了溫度，同時(shí)煤和重油裂解產(chǎn)生的焦炭部分附著在焦粉上，焦粉含碳量提高。所述油氣主要包括裂解油和裂解氣。所述的煤和重油在裂解反應(yīng)生成的油氣、半焦和焦粉經(jīng)氣固分離后，分離得到的油氣引入后續(xù)分離系統(tǒng)，進(jìn)一步分離成水、裂解氣、汽油、柴油和重油。所述分離的方法可以采用常規(guī)的方法實(shí)施，例如可以采用分餾塔，也可以根據(jù)各個(gè)不同組分的冷凝溫度的不同， 采用控溫冷凝的方式進(jìn)行分離。在優(yōu)選實(shí)施方式中，為使重油和煤炭能夠更充分地裂解，根據(jù)本發(fā)明提供的方法還包括使煤炭在與熱載體接觸之前加熱至100-350°C。重質(zhì)油在進(jìn)入裂解反應(yīng)器之前加熱至150-500°C，更優(yōu)選加熱至200-450°C。在本發(fā)明中，所述煤炭可以為具有常規(guī)的顆粒直徑的各種煤炭，優(yōu)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。在本發(fā)明中，所述重油可以為各種常規(guī)的重質(zhì)油，例如可以為重質(zhì)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。本發(fā)明提供的方法中，步驟(1)可以在各種常規(guī)的反應(yīng)器中實(shí)施，只要該反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)重油和煤的裂解反應(yīng)即可，因此，所述的裂解器可以稱為裂解反應(yīng)器。所述煤裂解反應(yīng)器例如可以為流化床反應(yīng)器、提升管反應(yīng)器、下行式反應(yīng)器、移動床反應(yīng)器或者它們的組合形式的反應(yīng)器。本發(fā)明提供的方法中，步驟O)中，裂解器中分離出的固體產(chǎn)物半焦和焦粉引入燃燒器中，燃燒器中通入含氧氣體，在燃燒的條件下，半焦和焦粉與氧氣接觸燃燒，放出大量的熱，得到高溫焦粉和煙氣，其中焦粉的碳含量降低。所述煙氣主要含有二氧化碳、一氧化碳和水。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，所述焦粉燃燒的條件可以在常規(guī)的煤燃燒條件中適當(dāng)?shù)剡x擇。優(yōu)選情況下，所述燃燒條件包括焦粉與和含氧氣體接觸的溫度為800-1500°C、優(yōu)選為 800-1200°C，壓力為 0. l-20MPa、優(yōu)選為 0. I-IOMPa0本發(fā)明提供的方法中，步驟(2)可以在各種常規(guī)的反應(yīng)器中實(shí)施，只要該反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)焦粉燃燒反應(yīng)即可，因此，該反應(yīng)器可以稱為燃燒器，所述燃燒器例如可以為流化床反應(yīng)器。所述燃燒器焦粉燃燒苛刻度可根據(jù)裂解器所用熱量的多少來確定，在滿足反應(yīng)系統(tǒng)供熱后多余焦粉燃燒供熱。在本發(fā)明中，對所述燃燒器煙氣和固體顆粒分離后可用于煙氣輪機(jī)發(fā)電或煙氣鍋爐進(jìn)行換熱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明煤粉裂解和重質(zhì)油油裂解，焦粉氣化三個(gè)獨(dú)立的過程耦合在一起，避免了外加載體的補(bǔ)充問題以及外加熱載體和焦粉分離的問題，充分利用了能量，降低了能耗。重油和煤耦合裂解，提高了裂解氣的收率，降低了焦炭的生成。另外，煤粉和重油一起共裂解可以明顯提高裂解氣和液體產(chǎn)物的收率，降低焦炭收率。下面的實(shí)施例將對本發(fā)明提供的方法予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而使本發(fā)明受到任何限制。對比例1對比例1說明現(xiàn)有技術(shù)中煤粉裂解反應(yīng)的過程和效果。將顆粒直徑為0. 3-2毫米的煤粉(平均粒徑1毫米，組成如下表1所示)加熱至 200°C，然后加入裂解反應(yīng)器中，并與來自燃燒器的高溫焦粉(溫度為900°C )混合，煤粉和高溫焦粉接觸升溫發(fā)生反應(yīng)得到油氣、半焦和焦粉。煤裂解反應(yīng)器的溫度調(diào)節(jié)為550°C，壓力調(diào)節(jié)為0. 3MPa。氣固分離后，分離出的半焦和焦粉等固體產(chǎn)物進(jìn)入燃燒器中，和含氧氣體接觸燃燒升溫，燃燒器溫度控制在950°C。分離出的油氣引入后續(xù)分離系統(tǒng)進(jìn)一步分離得到裂解氣、汽油、柴油和重油。煤粉(山西煤)性質(zhì)見表1，反應(yīng)條件和產(chǎn)物組成見表3。對比例2對比例2說明現(xiàn)有技術(shù)中重油裂解反應(yīng)的過程和效果。熱載體為粒徑為70微米的惰性石英砂。預(yù)熱到250°C的重油噴入裂解反應(yīng)器，與來自燃燒器的熱載體(溫度為800°C )相接觸，重油霧化升溫、發(fā)生裂解反應(yīng)生成油氣和焦炭。裂解器溫度控制為550°C，壓力調(diào)節(jié)為0. 3MPa。，重油裂解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物——焦炭附著在熱載體上，氣固分離后，油氣引入后續(xù)分離系統(tǒng)進(jìn)一步分離得到裂解氣、汽油、柴油和重油，分離出的附著了焦炭的熱載體返回燃燒器與引入的含氧氣體接觸燃燒升溫，燃燒器溫度控制在850°C。重油(遼河稠油)性質(zhì)見表2，反應(yīng)條件和產(chǎn)物組成見表3。對比例3對比例3說明現(xiàn)有技術(shù)中煤粉和重油分別裂解的效果。對比例3是在對比例1煤粉裂解反應(yīng)、對比例2重油裂解反應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， 擬合煤粉和重油分別裂解，裂解油氣經(jīng)進(jìn)一步分離，裂解產(chǎn)生的半焦、焦粉和焦炭等固體產(chǎn)物燃燒升溫，為裂解反應(yīng)器供熱的效果。轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品分布見表3。其中煤粉和重油的重量比為10 1。
實(shí)施例如附圖所示，將100重量份的顆粒直徑為0. 3-2毫米的煤粉(組成如下表1所示) 加熱至200°C，然后加入裂解反應(yīng)器中，并與來自燃燒器的熱載體(溫度為900°C，顆粒直徑為0. 05-3毫米)混合，同時(shí)向裂解反應(yīng)器噴入10重量份的300°C重油，重油與煤粉和熱載體接觸發(fā)生反應(yīng)。煤粉與熱載體的重量比為1 5，從而將所述煤裂解反應(yīng)器的溫度調(diào)節(jié)為550°C，壓力調(diào)節(jié)為0.3MPa。經(jīng)過裂解反應(yīng)器處理后得到油氣產(chǎn)物和固體產(chǎn)物。氣固分離后，分離出的油氣引入后續(xù)分離系統(tǒng)，進(jìn)一步分離得到裂解氣、汽油、柴油和重油等產(chǎn)品。將來自裂解反應(yīng)器的固體產(chǎn)物(溫度為550°C )加入燃燒器中，并向其通入空氣， 以使該焦粉發(fā)生燃燒反應(yīng)，燃燒器內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)為1200°C。焦粉在燃燒器內(nèi)燃燒同時(shí)升溫， 一部分高溫焦粉返回裂解器充當(dāng)熱載體。其余高溫焦粉充分燃燒產(chǎn)生的灰渣排出裝置。煙氣與焦粉分離后進(jìn)入煙氣鍋爐進(jìn)行換熱。煤粉性質(zhì)見表1，重油性質(zhì)見表2，油煤共裂解反應(yīng)條件和產(chǎn)物分布見表3。且表3 中油氣分離出的氣體的組成如下表4所示。表1煤的性質(zhì)(wt%)
權(quán)利要求
1.一種重油和煤共裂解的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)重油和煤粉在裂解器內(nèi)與來自燃燒器的高溫焦粉接觸并反應(yīng)，生成裂解油氣和半焦、焦炭等固體產(chǎn)物，氣固分離后，分離出的油氣進(jìn)入后續(xù)分離系統(tǒng)，分離出的固體產(chǎn)物進(jìn)入燃燒器。(2)燃燒器內(nèi)，來自裂解器的固體產(chǎn)物和引入的含氧氣體接觸燃燒，產(chǎn)生的熱量使其自身溫度得以升高，得到高溫焦粉和煙氣，氣固分離后，一部分高溫焦粉重復(fù)利用，另一部分充分燃燒后排出裝置。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟⑴中所述裂解器的操作溫度為 400-700°C，壓力為 0. l-20MPa。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于步驟⑴中所述裂解器的操作溫度為 450-600°C，壓力為 0. I-IOMPa0
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于步驟(1)中所述煤粉與所述的高溫焦粉的重量比為1 (1-10)，所述重油與煤粉和高溫焦粉混合物的重量比為1 0-50)。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于步驟(1)中所述煤粉與所述的高溫焦粉的重量比為1 0-8)，所述重油與煤粉和高溫焦粉混合物的重量比為1 (5-20)。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(1)中所述裂解器選自流化床反應(yīng)器、提升管反應(yīng)器、下行式反應(yīng)器、移動床反應(yīng)器以及上述反應(yīng)一種或幾種組合形式的反應(yīng)器。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟O)中所述燃燒器操作條件為溫度為 800-1500°C，壓力為 0. l-20MPa。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于步驟O)中所述燃燒器操作條件為溫度為 800-1200°C，壓力為 0. I-IOMPa0
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述燃燒器選自流化床反應(yīng)器、提升管反應(yīng)器、下行式反應(yīng)器以及上述反應(yīng)器的一種或幾種組合形式的反應(yīng)器。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述重油選自重質(zhì)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.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述煤粉選自泥炭、褐煤、煙煤中的一種或者一種以上的混合物。
12.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述燃燒器高溫?zé)煔饪捎糜跓煔廨啓C(jī)發(fā)電或煙氣鍋爐進(jìn)行換熱。
全文摘要
一種重油和煤共裂解的加工方法，該方法包括以下步驟(1)重油和煤粉在裂解器內(nèi)與來自燃燒器的高溫焦粉接觸并反應(yīng)，生成裂解油氣和半焦、焦炭等固體產(chǎn)物，氣固分離后，分離出的油氣進(jìn)入后續(xù)分離系統(tǒng)，分離出的固體產(chǎn)物進(jìn)入燃燒器。(2)燃燒器內(nèi)，來自裂解器的固體產(chǎn)物和引入的含氧氣體接觸燃燒，產(chǎn)生的熱量使其自身溫度得以升高，得到高溫焦粉和煙氣，氣固分離后，一部分高溫焦粉重復(fù)利用，另一部分充分燃燒后排出裝置。采用本發(fā)明提供的所述方法實(shí)現(xiàn)了煤裂解、重質(zhì)油裂解和煤氣化的聯(lián)合生產(chǎn)，從而大大節(jié)省了煤裂解、重質(zhì)油裂解和煤氣化過程中的能量消耗。
文檔編號C10J3/46GK102453512SQ20111007448
公開日2012年5月16日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者侯栓弟, 張占柱, 朱丙田, 武雪峰, 王亞民, 王樹青, 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(xué)研究院