一種快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置及方法。本發(fā)明的所述裝置包括輕烴回收段、加氫反應段，輕烴回收段包括外管、中間錐體、壓力恢復段，且外管包括前端部和后端部，中間錐體全部位于外管中，具有依次連接的錐體底部、錐體本體、延長管，沿錐體本體的徑向均勻分布6～10個導向葉片，導向葉片與中間錐體的軸向之間的夾角為30°～60°，壓力恢復段與延長管和外管后端部連接；加氫反應段包括原料油入口、氫氣入口、產(chǎn)品油出口、出氣口，出氣口與外管前端部耦合。本發(fā)明能夠利用煤焦油加氫裂化反應產(chǎn)生的裂解氣體本身的溫度和壓力，在裝置出口回收裂解氣體中的輕烴，不需要額外補充能量，操作簡便，輕烴回收效率高。
【專利說明】
一種快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置及方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及劣質(zhì)油品加工技術領域，尤其涉及一種快速回收輕烴的煤焦油加氫反 應裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，在相當長的時期內(nèi)，我國對化石能源的需求將會日益 增加。而我國"富煤、貧油、少氣"的能源格局，決定了煤炭在能源戰(zhàn)略中的主導地位，煤炭的 清潔高效利用直接關系著國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。當前，我國石油對外依存度已近60%，通 過煤炭生產(chǎn)清潔燃料是降低石油對外依存度的有效途徑。在煤的煉焦及煤炭分質(zhì)分級利用 過程中會產(chǎn)生較多的煤焦油，對其進行深加工是生產(chǎn)清潔燃料的一種重要方式。
[0003] 根據(jù)煤干餾溫度的不同，煤焦油可分為低溫焦油（450~650Γ)、中低溫焦油（600 ~800°C )、中溫焦油（700~900°C)以及高溫焦油(900~1000°C)。煤焦油與常規(guī)石油有較大 不同，隨著處理溫度的升高，煤焦油中的芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及雜原子(硫、氮、氧、金屬)含 量增加。煤焦油只有很少一部分被深加工利用，大部分作為燃料直接燃燒，不僅造成環(huán)境污 染而且也是一種極大的資源浪費。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴苛和車用燃料需求的增加，通過 加氫技術利用煤焦油生產(chǎn)輕質(zhì)燃料日益受到人們的關注。
[0004] 針對上述存在的問題，現(xiàn)有技術一提出了一種煤焦油加氫改質(zhì)生產(chǎn)燃料油的方 法，將預處理全餾分煤焦油與稀釋油按比例混合后，依次經(jīng)過裝有加氫保護劑、預加氫催化 劑的淺度加氫單元和裝有主加氫催化劑的深度加氫單元，最終獲得輕質(zhì)油品。該方法所用 稀釋油來源于石油全餾分油、石油直餾餾分油或者煤焦油加氫生成油等，防結焦效果有限， 煤焦油中重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化率低。并且稀釋油的引入既增加了原料成本，又降低了焦油處理量， 從而影響焦油的處理效率。
[0005] 現(xiàn)有技術二提出了一種重、渣油經(jīng)懸浮床加氫裂解為輕質(zhì)產(chǎn)品的方法。該方法選 用加氫處理后的柴油餾分（170~350°C)作為供氫劑循環(huán)回懸浮床加氫反應器。該方法與加 入稀釋劑的方法類似，且加氫柴油循環(huán)量較大，并且在處理過程中降低了裝置的處理效率。
[0006] 現(xiàn)有技術三中選用四氫萘或十氫萘作為供氫劑，與煤焦油按一定比例混合進行加 氫反應，其中供氫劑需在超臨界狀態(tài)或接近超臨界狀態(tài)下參與反應，來降低結焦率。在反應 體系中加入水，高溫、高壓條件下水可與生成的焦炭反應產(chǎn)生氫氣，從而恢復供氫劑的供氫 能力。該方法需要添加供氫劑，且供氫劑供氫能力的恢復程度不能保證，需不斷補加新鮮供 氫劑，而供氫劑價格相對較高，導致處理成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明旨在實現(xiàn)對煤焦油進行加氫處理，并快速回收 加氫反應生成的輕烴產(chǎn)物。本發(fā)明中可在不向裝置中補充能量的條件下完成輕烴的回收， 且回收效率較高，操作簡便。
[0008] 本發(fā)明公開了一種快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置，包括輕烴回收段、加氫 反應段；
[0009] 所述輕烴回收段包括外管、中間錐體、壓力恢復段，其中，所述外管包括前端部和 后端部；
[0010] 所述中間錐體全部位于所述外管中，具有依次連接的錐體底部、錐體本體、延長 管;沿所述錐體本體的徑向均勻分布6~10個導向葉片，所述導向葉片與所述中間錐體的軸 向之間的夾角為30°~60°，所述壓力恢復段與所述延長管和所述外管后端部連接；
[0011] 所述加氫反應段包括原料油入口、氫氣入口、產(chǎn)品油出口、出氣口；
[0012] 所述出氣口與所述外管前端部耦合。
[0013] 進一步的，所述外管包括前段、中段、后段，所述前段的尺寸大于所述后段的尺寸， 所述中段為連接所述前段和后段的錐形管。
[0014] 進一步的，所述外管后段設置有輕烴出口，且所述輕烴出口靠近所述壓力恢復段。
[0015] 上述快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置中，所述外管后段內(nèi)徑與所述外管前段 內(nèi)徑的比為1:2~4;所述外管長度與所述外管前段內(nèi)徑的比為5~12:1;所述錐形管與所述 外管前段的夾角為110°~160°。
[0016] 上述快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置中，所述導向葉片的高度與所述外管前 段內(nèi)徑的比為0.1~0.3:1;所述導向葉片的長度與所述錐形管的軸向長度比為1:2~5。
[0017] 上述快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置中，所述壓力恢復段長度與所述外管前 段內(nèi)徑的比為0.5~1:1。
[0018] 上述快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置中，所述中間錐體的錐體本體部分或全 部位于所述錐形管中，并與其縮進方向一致;所述延長管全部或部分位于所述外管后段。
[0019] 上述快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置中，所述錐體底部為半球形，且直徑與 所述外管前段內(nèi)徑的比為0.6~0.8:1;所述延長管外徑與所述外管后段內(nèi)徑的比為1:5~ 8〇
[0020] 本發(fā)明還公開了一種利用上述快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置進行輕烴回 收的方法，包括以下步驟：
[0021 ]煤焦油在所述加氫反應段發(fā)生加氫裂化反應，產(chǎn)生裂解氣體；
[0022] 將所述裂解氣體由所述出氣口經(jīng)由所述外管前段運送至所述輕烴回收段；
[0023] 所述裂解氣體中的輕烴類物質(zhì)形成液滴，通過所述輕烴出口流出。
[0024]上述進行輕烴回收的方法中，所述裂解氣體在所述延長管段速度為大于340m/s， 壓力為50~60kPa，溫度為-253~-243°C。
[0025] 本發(fā)明的裝置可完成煤焦油的加氫裂化反應，并且實現(xiàn)輕烴的回收。其中的輕烴 回收段能夠利用裂解氣體本身的溫度和壓力，在其中的中間錐體和導向葉片的作用下，將 裂解氣體的壓力能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能。在延長管段，氣體的速度可以達到超音速，并通過導 向葉片作用產(chǎn)生的離心力，使得裂解氣體中的輕烴組分凝結成液滴并甩在外管管壁上，由 輕烴出口流出。通過該輕烴回收段，裂解氣體的壓力可降低50%。在輕烴回收過程中，不需 要向裝置中額外補充能量，輕烴回收效率高。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明中快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置示意圖。
[0027]圖2是本發(fā)明中輕烴回收段示意圖。
[0028]附圖中的附圖標記如下：
[0029] I-加氫反應段；Π -輕烴回收段；
[0030] 1-原料油入口；2-氫氣入口；3-產(chǎn)品油出口；4-出氣口；
[0031] 5-外管;6-中間錐體;7-壓力恢復段；
[0032] 8-前段;9-錐形管；10-后段；
[0033] 11-輕烴出口；
[0034] 12-錐體底部；13-錐體本體;14-延長管；
[0035] 15-導向葉片。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行更加詳細的說明，以便能 夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的【具體實施方式】和實 施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明的快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置包括兩個部分:加氫反 應段I和輕烴回收段Π ，在加氫反應段I中實現(xiàn)煤焦油的加氫裂化反應，在輕烴回收段Π 中 實現(xiàn)輕烴的快速分離回收。
[0038] ⑴由圖1可見，加氫反應段I為一立式反應器，底部和頂部為半球形，中部為連接底 部和頂部的圓柱形，其包括:原料油入口 1、氫氣入口 2、產(chǎn)品油出口 3、出氣口 4。
[0039] 原料油入口 1設置在中部的上端，氫氣入口 2設置在中部的底端，產(chǎn)品油出口 3設置 在中部的下端，靠近氫氣入口2,出氣口4設置在頂部半球形的頂端，呈凸出狀。
[0040] 由圖2所示，為輕烴回收段Π 的結構示意圖，包括三個部分:外管5、中間錐體6、壓 力恢復段7，下面分別對所述三個部分的結構及其關系進行描述：
[0041] ①外管5具有前段8、錐形管9(中段）、后段10,其中前段8和后段10均為直管，且由 圖2可見，前段8的直徑大于后端10的直徑，錐形管9為連接前段8和后段10的錐形管。
[0042]為了更加清楚的描述該發(fā)明的【具體實施方式】，特將上述外管5的兩端命名為前端 部和后端部，其中前端部位于前段8的末端，后端部位于后段10的末端。
[0043] ②中間錐體6由依次連接的錐體底部12、錐體本體13、延長管14構成，其中錐體底 部12為圓錐體的半球形底部，而錐體本體13為圓錐體本體，延長管14為一直管。
[0044] 中間錐體6全部固定在外管5之中，其錐體本體13的一部分位于錐形管9中，另一部 分位于前段8中，并且與錐形管9的縮進方向一致。在錐體本體13的徑向上，靠近錐體底部12 的位置均勻分布有導向葉片15。
[0045] 延長管14全部位于后段10中。
[0046] 本發(fā)明中，中間錐體6與外管5之間的其他實施方式，還包括：
[0047] i錐體本體13全部位于錐形管9中，并且與錐形管9的縮進方向一致。
[0048]延長管14全部位于后段10中。
[0049] ?錐體本體13全部位于錐形管9中，并且與錐形管9的縮進方向一致。
[0050] 延長管14 一部分位于后段10中，另一部分位于錐形管9中。
[00511 m錐體本體13的一部分位于錐形管9中，另一部分位于前段8中，并且與錐形管9的 縮進方向一致。
[0052] 延長管14 一部分位于后段10中，另一部分位于錐形管9中。
[0053]③壓力恢復段7與延長管14和外管5的后段10連接。
[0054] 在外管4的后段10上設置有輕烴出口 12，且輕烴出口 12靠近壓力恢復段7。
[0055] 加氫反應段I的出氣口4與輕烴回收段Π 的外管5前端部耦合，使得加氫反應段I中 煤焦油加氫裂化產(chǎn)生的裂解氣體，能夠進入輕烴回收段Π 中完成輕烴的回收。
[0056] ⑵以下描述為輕烴回收段Π 中各原件的設計比例。
[0057]外管5的長度與前段8的內(nèi)徑比為5~12:1，且后段10的內(nèi)徑與前段8的內(nèi)徑比為1: 2~4,錐形管9與前段8的軸向之間的夾角為110°~160°，該夾角即為外管前段直行段與錐 形管所形成的內(nèi)角。
[0058]中間錐體6的延長管14的外徑與后段10的內(nèi)徑比為1:5~8。
[0059]中間錐體6的錐體本體13的頂角范圍為30°~60°，錐體底部12的形狀為半球形，該 半球形底部的直徑與前段8的內(nèi)徑比為0.6~0.8:1。
[0060] 導向葉片15沿錐體本體13的徑向均勻分布6~10個，且導向葉片15與中間錐體6的 軸向之間的夾角為30°~60°。
[0061] 導向葉片15的高度與前段8的內(nèi)徑比為0.1~0.3:1，導向葉片15的長度與錐形管9 的軸向長度比為1:2~5。
[0062]壓力恢復段7的長度與前段8的內(nèi)徑比為0.5~1:1。
[0063] ⑶利用本發(fā)明的裝置進行煤焦油加氫反應并回收其中輕烴的方法，包括以下步 驟：
[0064] 步驟A，煤焦油加氫裂化:經(jīng)由加氫反應段I的原料油入口 1向裝置中加入煤焦油， 并由氫氣入口 2加入氫氣，在加氫反應段I進行煤焦油的加氫裂化反應，產(chǎn)生的油品由產(chǎn)品 油出口3排出，產(chǎn)生的裂解氣體由出氣口4運送至輕烴回收段Π 中。
[0065] 上述步驟中，氫氣入口 2處的壓力為10~24MPa，加氫反應段I中的反應溫度為380 ~460°C，裂解氣體在出氣口 4處運送至輕烴回收段Π 中時的溫度為360~420°C。
[0066] 步驟B，輕烴回收:裂解氣體進入輕烴回收段Π 的外管5中，在中間錐體6的作用下， 由于內(nèi)徑變小對裂解氣體產(chǎn)生節(jié)流，導致裂解氣體的速度提高成為高速氣體。高速氣體在 導向葉片15的作用下產(chǎn)生離心力，經(jīng)過錐體本體13和延長管14時繼續(xù)加速。在延長管14,裂 解氣體的速度可達到超音速，即大于340m/s，壓力降低至50~60kPa，離心力達到10萬G以 上，溫度降低至-253~-243°C。
[0067] 在外管5的后段10,裂解氣體中的輕烴類物質(zhì)會冷凝形成液滴，在離心力的作用下 被甩在后段10的管壁上，然后通過輕烴出口 11流出輕烴回收段Π ，在輕烴出口 11處輕烴的 溫度為-240~-160°C。
[0068] 殘余裂解氣體通過壓力恢復段7,壓力升高至3~8MPa，溫度升高至80~150°C。
[0069] 在輕烴回收段Π ，裂解氣體的壓力能和內(nèi)能可轉(zhuǎn)換為動能，速度最高可達到3~ 5Ma(Ma為速度單位馬赫，指的是速度與當?shù)匾羲俚谋戎担?。?jīng)過輕烴回收段Π 之后，裂解氣 體的壓力可降低40 %~70 %。
[0070] 實施例1
[0071] 氫氣入口壓力為lOMPa，加氫反應段反應溫度為400°C，裂解氣體在出氣口處溫度 為380°C。殘余裂解氣體通過壓力恢復段壓力升高至5MPa，溫度升高至120°C。輕烴出口處輕 烴溫度為-180 °C，C2+組分由輕烴出口流出。
[0072] 其中輕烴回收段設計比例如下：中間椎體的半球形底部直徑與外管前段內(nèi)徑的比 例為0.8:1;錐體本體的頂角角度為:30° ;錐形管與外管前段夾角為：140° ;外管后段內(nèi)徑與 外管前段內(nèi)徑比例為：1:4,外管長度與外管前段內(nèi)徑比例為:9:1;延長管外徑與外管后段 的比為1:5;中間椎體的錐體本體徑向均勻分布有6個導向葉片；導向葉片的長度與錐形管 的軸向長度比為1:3;導向葉片的高度與外管前段內(nèi)徑的比例為0.1:1;導向葉片與中間椎 體的軸向之間的夾角為30° ;壓力恢復段長度與外管前段內(nèi)徑的比為0.6:1。
[0073] 經(jīng)加氫裂化反應之后，檢測輕烴出口處的組成如表1所示。
[0074] 表 1
[0076] 實施例2
[0077] 氫氣入口壓力為20MPa，加氫反應段反應溫度為400°C，裂解氣體在出氣口處溫度 為380°C。殘余裂解氣體通過壓力恢復段壓力升高至8MPa，溫度升高至120°C。輕烴出口處輕 烴溫度為-205 °C，C2+組分由輕烴出口流出。
[0078] 其中輕烴回收段設計比例如下：中間椎體的半球形底部直徑與外管前段內(nèi)徑的比 例為0.8:1;錐體本體的頂角角度為:60° ;錐形管與外管前段夾角為：140° ;外管后段內(nèi)徑與 外管前段內(nèi)徑比例為：1:5,外管長度與外管前段內(nèi)徑比例為：10:1;延長管外徑與外管后段 的比為1:6;中間椎體的錐體本體徑向均勻分布有8個導向葉片；導向葉片的長度與錐形管 的軸向長度比為1:3;導向葉片的高度與外管前段內(nèi)徑的比例為0.15:1;導向葉片與中間椎 體的軸向之間的夾角為45° ;壓力恢復段長度與外管前段內(nèi)徑的比為1: 1。
[0079] 經(jīng)加氫裂化反應之后，檢測輕烴出口處的組成如表2所示
[0080] 表 2
[0082]由表1和表2可見，本發(fā)明的裝置和方法可有效回收裂解氣體中的C2+組分，并且隨 著壓損的增大(此處的壓損指入口壓力與壓力恢復段處壓力的差值與入口壓力的比值），輕 烴組分中C2的比例增大。
[0083]需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本 發(fā)明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對 本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指 外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的 全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。
【主權項】
1. 一種快速回收輕烴的煤焦油加氫反應裝置，包括輕烴回收段、加氫反應段； 所述輕烴回收段包括外管、中間錐體、壓力恢復段，其中，所述外管包括前端部和后端 部； 所述中間錐體全部位于所述外管中，具有依次連接的錐體底部、錐體本體、延長管;沿 所述錐體本體的徑向均勻分布6~10個導向葉片，所述導向葉片與所述中間錐體的軸向之 間的夾角為30°~60°，所述壓力恢復段與所述延長管和所述外管后端部連接； 所述加氫反應段包括原料油入口、氫氣入口、產(chǎn)品油出口、出氣口； 所述出氣口與所述外管前端部耦合。2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外管包括前段、中段、后段，所述前段 的尺寸大于所述后段的尺寸，所述中段為連接所述前段和后段的錐形管。3. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述外管后段設置有輕烴出口，且所述輕 烴出口靠近所述壓力恢復段。4. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述外管后段內(nèi)徑與所述外管前段內(nèi)徑的 比為1:2~4;所述外管長度與所述外管前段內(nèi)徑的比為5~12:1;所述錐形管與所述外管前 段的夾角為110°~160°。5. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述導向葉片的高度與所述外管前段內(nèi)徑 的比為0.1~0.3:1;所述導向葉片的長度與所述錐形管的軸向長度比為1:2~5。6. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓力恢復段長度與所述外管前段內(nèi)徑 的比為0.5~1:1。7. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述中間錐體的錐體本體部分或全部位于 所述錐形管中，并與其縮進方向一致;所述延長管全部或部分位于所述外管后段。8. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述錐體底部為半球形，且直徑與所述外 管前段內(nèi)徑的比為0.6~0.8:1;所述延長管外徑與所述外管后段內(nèi)徑的比為1:5~8。9. 一種利用權利要求1-8之一所述裝置回收煤焦油中輕烴的方法，包括以下步驟： 煤焦油在所述加氫反應段發(fā)生加氫裂化反應，產(chǎn)生裂解氣體； 將所述裂解氣體由所述出氣口經(jīng)由所述外管前段運送至所述輕烴回收段； 所述裂解氣體中的輕烴類物質(zhì)形成液滴，通過所述輕烴出口流出。10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述裂解氣體在所述延長管段速度為大 于340m/s，壓力為 5〇~6〇kPa，溫度為_253~-243°C。
【文檔編號】C10G47/00GK106047406SQ201610552334
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】閆琛洋, 朱元寶, 徐梅梅, 杜少春, 史雪君, 吳道洪
【申請人】北京華福工程有限公司