CN110819382A - 一种重油裂解气化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种重油裂解气化装置及方法，该装置包括重油雾化进料***、重油裂解***、气化***和返料***。本发明设计了的一种重油雾化进料***通过特殊的结构形式，减小气液混合时局部阻力，增大了气液作用面积，形成了混合均匀的气液两相流，在离开喷嘴后，内外压差作用下，失稳破碎，形成雾滴。进入重油裂解***的重油在富氢条件下快速流化裂解焦化，使重油的收益率提高50％以上，在气化***中消耗产生的石油焦，产生高热值合成气。本发明为重劣质油处理提供了一条新技术路线，不仅提高了重油转化率，还不产生石油焦，并将石油焦转化为高热值合成气，本发明装置适应性强，具有非常好工业化前景和经济效益。

Description

一种重油裂解气化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种重油裂解装置及方法，具体涉及一种重油裂解气化装置及方法。

背景技术

随着国民经济的快速增长，一方面国内原油产量已不能满足生产要求，造成我国对进口原油的依存度越来越大，目前已超过70％，石油资源短缺已成为重大能源问题，另一方面成品油的消耗量急剧上升，重油、超重油、沥青等非常规石油资源的开发也受到人们的关注，对石油资源的深加工利用在我国显得更加重要。如何将劣质重油资源高效、合理的加工，生产出符合国际标准的清洁能源，已成为国内外科研工作者研究和关注的重大技术难题。

传统的重油改质技术分为加氢和脱碳两种路线。对于加氢工艺，国内外加氢技术多数针对于馏分油，采用成熟的高氢压、高氢耗固定床工艺技术，通过加氢精制和加氢处理用于生产清洁燃料油，重油加氢采用悬浮床加氢工艺一般压力高达20MPa，加氢工艺存在对设备技术要求较高，设备匹配性不好、投资高，效益低等缺点。

对于脱碳工艺，因劣质重油具有多环芳烃含呈高、C/H比高、黏度及密度大，杂原子及重金属含呈过高、易缩合生焦等特性，现有的重质油加工技术大多难以满足高效、清洁加工的要求，如延迟焦化工艺流程比较简单，对原料的适应性比较强，处理高残碳、高金属含量的劣质重油时，存在液体收率低、劣质焦炭产率高等问题限制了该工艺的进一步推广与应用；流化焦化技术可降低裂化反应温度、提高轻质烯烃和芳烃收率，相对于延迟焦化工艺，流化焦化工艺的液体收率提高了12～18百分点，焦炭收率约降低50％，产品分布灵活，但该技术对催化剂、再生条件及设备等要求较为苛刻。灵活焦化是处理重油比较好的方法，减少焦炭产量并产生富氢、低热值气体，解决高硫石油焦，是作为国外先进技术，但存在工艺复杂、投资较高、燃气热值低以及工程设计难度较大等问题，推广率较低。

国内外焦化工艺中缺少一种原料适应性强、液收高、灵活性好、脱碳率高、处理量大、可连续操作及易于大型化的重油处理途径，通过该途径实现充分利用重油中赋存的氢元素，将重油快速深度裂化，减少或不产生焦炭，利用石油焦气化产生热量和富氢气体，进一步提高重油转化效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种结合了加氢和脱碳这两种重油处理方法，适应性强，不仅提高了重油转化率，还将石油焦转化为高热值合成气的重油裂解气化装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的装置包括：包括重油雾化进料***、重油裂解***、气化***和返料***；

所述的重油雾化进料***包括带有加料口和出料口的重油缓冲罐，重油缓冲罐的出料口经重油泵与重油雾化器的雾化器进油口相连，重油雾化器的雾化器进气口(19)与带有输送气过热器的输送气相连；

所述的重油裂解***包括重油裂解器和气固分离器，所述的重油裂解器包括由自下而上依次通过缩颈短节相连通的快速混合区、快速裂解区和固定焦化区，所述的快速混合区下端与重油雾化器出口相连通，且快速混合区侧壁开设有流化器入口，下端开设有裂解器排渣口，固定焦化区的顶部开设有与气固分离器的入口相连通的混合气出口，气固分离器顶部开设有裂解油气出口、底部开设有固体颗粒出口；

所述的气化***包括带有在线加料口、气化炉排渣口、气化热源补入口、气化剂入口、合成气出口的气化炉和合成气净化器；所述的气化炉通过短节与气固分离器的固体颗粒出口相连，气化炉通过合成气出口与带有合成气管道和排尘口的合成气净化器入口相连；

所述的返料***包括与气化炉的固体颗粒出口相连的输送器，输送器的入口与增压器相连，输送器的出口通过输送短节连接重油裂解器。

所述的重油缓冲罐外侧还设置有蒸汽换热器，重油缓冲罐上部设置有重缓冲罐测压测温点、下部出料口设置有重油计量仪。

所述的重油泵的出口设置重油测压测温点，所述的重油泵的出口还通过管路与重油缓冲罐的加料口相连，所述的输送气过热器的入口与气体计量仪连接、出口管路上连接有过热器出口测压测温点。

重油雾化器出口油路为四分之一圆弧。

所述的重油裂解器的下部快速混合区连接有第一测压测温点，中部快速裂解区设置了第二测压测温点和第三测压测温点，上部固定焦化区设置第四测压测温点，快速混合区气速0.2～2m/s，停留时间1～10s，快速裂解区气速1～10m/s，停留时间2～20s，固定焦化区上部混合气出口气速1～10m/s，重油裂解器投料温度温度450-650℃，流化器入口前端还安装有流化气计量仪。

所述的气固分离器上设置有气固分离器测压测温点。

所述的气化炉为干粉气化炉，气化剂为氧气、空气、饱和蒸汽中的一种或几种的混合物，气化炉稳定气化温度为750-1200℃，操作压力为0.01～4.00MPa，气化炉上还设置有气化炉测压测温点，气化炉顶部的在线加料口实现开车期间在线加入石英砂、催化剂、灰渣以及含惰性颗粒的一种或多种组合物料，该物料为整个***流化热载体，物料粒径50～200μm，所述的短节上设置有吹扫口。

所述的增压器与输送器之间的管道上还安装有输送气计量仪；所述的输送短节上设置有输送气测压测温点，输送气采用净化后的合成气、蒸汽、氮气、二氧化碳，氢气等气体中一种或者几种的混合气体。

所述的气固分离器、气化炉、输送器、短节和输送短节外壁均设置有使其温度维持350-500℃以上的蒸汽或者电伴热保温装置。

本发明的重油裂解气化方法包括如下步骤：

步骤一、升温流化阶段热载体通过在线加料口加入气化炉，热载体作为整个流化体系中传热介质先实现流化，由流化气入口和气化热源补入口进入热源，传热介质借助流化使重油裂解器和气化炉升温至600℃以上；

步骤二、重油经过重油缓冲罐预热到100～200℃后，经过伴热升温，重油计量仪计量后由重油泵进入重油雾化器；雾化气经气体计量仪计量后进入输送气过热器加热后进入重油雾化器；与重油雾化后形成雾化油气；

步骤三、被雾化油气进入快速混合区，与来自输送器的高温热载体接触并快速加热，在快速裂解区内发生裂解反应，进而形成高温油气和含碳颗粒的混合物，进入固定焦化区把含碳颗粒进一步焦化，最后一起进入气固分离器；

步骤四、油气和含碳颗粒在气固分离器中实现气固分离，裂解油气通过上部裂解油气出口进入后续冷却收集，含碳颗粒可通过短节进入气化炉；

步骤五、来自短节的含碳颗粒与来自气化剂入口的气化剂在气化炉完成气化反应，生成的合成气进入合成气净化器净化后进入后续冷却回收，捕集的固体可进入输送器；

步骤六、在增压器提供的输送气的作用下，输送器将固体颗粒作为热载体返回至重油裂解单器。

本发明有益效果在于：将以重油为原料，通过重油雾化器的结构形式，减小气液混合时局部阻力，由于气液较大速度差，增大了气液作用面积，液体间产生速度差，形成了混合均匀的气液两相流，到达出口处突然变径，均匀液体被迅速展成薄膜或液丝，在离开喷嘴后，形成增大出口内外压差作用下，失稳破碎，形成雾滴，实现最终的雾化。雾化重油在裂解-气化过程中产生的油气和高热值合成气。本发明为重劣质油处理提供了一条新技术，不仅提高了重油转化率，还不产生石油焦，并将石油焦转化为高热值合成气，适应性强，具有非常好工业化前景和经济效益。

附图说明

图1为发明的工艺流程示意图；

图中：1、重油缓冲罐；2、重油泵；3、输送气过热器；4、重油雾化器；5、重油裂解器；6、气固分离器；7、气化炉；8、输送器；9、气体净化器；10、增压器；11、加料口；12、换热器；13、合成气管道；14、重缓冲罐测压测温点；15、重油计量仪；16、重油测压测温点；17、气体计量仪；18、过热器出口测压测温点；19、雾化器进气口；20、雾化器进油口；21、快速混合区；22、快速裂解区；23、固定焦化区；24、混合气出口；25、第一测压测温点；26、第二测压测温点；27、第三测压测温点；28、第四测压测温点；29、入口；30、裂解油气出口；31、气固分离器测压测温点；32、特殊短节；33、气化炉测压测温点；34、气化剂入口；35、气化炉排渣口；36、流化气计量仪；37、输送短节；38、裂解器排渣口；39、合成气出口；40、输送气测压测温点；41、流化气入口；42、气化热源补入口；43、在线加料口；44、排尘口；45、固体颗粒排出口；46、吹扫口；47、流化气计量仪。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1，本发明的焦化废水净化处理装置包括：重油雾化进料***、重油裂解***、气化***和返料***；

所述的重油雾化进料***包括重油缓冲罐1、重油泵2、输送气过热器3和重油雾化器4；所述的重油缓冲罐1外侧设置有蒸汽换热器12，重油缓冲罐1上部设置加料口11和重缓冲罐测压测温点14；重油缓冲罐1下部出口通过重油计量仪15连接重油泵2，重油泵2的出口设置重油测压测温点16并与重油加料口11和重油雾化器4的雾化器进油口20连接；输送气过热器3的入口与气体计量仪17连接、出口连接过热器出口测压测温点18和重油雾化器4雾化器进气口19；油雾化器4出口油路为四分之一圆弧；

所述的重油裂解***包括重油裂解器5和气固分离器6；所述的重油裂解器5分为快速混合区21、快速裂解区22和固定焦化区23三个区，之间通过缩颈短节连接；所述的重油裂解器5的下部快速混合区21与重油雾化器4的出口相连通，且在下部快速混合区21上还连接第一测压测温点25、裂解器排渣口38、流化气入口41；所述的重油裂解器5的中部快速裂解区22设置了第二测压测温点26和第三测压测温点27；所述的重油裂解器5上部固定焦化区23设置第四测压测温点28和混合气出口24；所述的重油裂解器5通过混合气出口24与气固分离器6的入口29连接；气固分离器6设置裂解油气出口30、固体颗粒排出口45和气固分离器测压测温点31；

所述的气化***包括气化炉7和合成气净化器9；所述的气化炉7通过短节32与气固分离器6的固体颗粒排出口45相连，且在短节32上设置有吹扫口46，气化炉7上还设置了气化炉测压测温点33、气化剂入口34、气化炉排渣口35、合成气出口39、气化热源补入口42和在线加料口43；气化炉通过合成气出口39与带有合成气管道13和排尘口44的合成气净化器9入口相连；

所述的返料***包括输送器8和增压器10；所述的输送器8通过输送短节37连接重油裂解器5的快速混合区21，增压器10通过输送气计量仪36连接输送器8，且在输送短节37上设置有输送气测压测温点40；

本发明的重油缓冲罐1到重油雾化器4沿路设有保温伴热和重油测压测温点16，保证重油温度控制在100～400℃，输送压力0.01～4.00MPa，进料速率0.1-5.0kg/min。

所述的重油雾化器4的出口油路为四分之一圆弧，增大气液接触面积，形成混合均匀的气液两相流，喷嘴出口处内外压差增大，失稳破碎形成雾滴，实现重油的高效雾化。

雾化油气进入快速混合区21，与输送短节37输送过来高温热载体粘合、快速升温，并提升至快速裂解区22进行快速裂化，在催化剂作用下快速催化裂化。重油被雾化后进入快速混合区21、快速裂解区22、固定焦化区23通过压差调节气速和停留时间，快速混合区21气速0.2～2m/s，停留时间1～10s，快速裂解区22气速1～10m/s，停留时间2～20s，固定焦化区23上部混合气出口24气速1～10m/s。

所述的重油裂解***和气化***开车初期，开车烟气是由流化气入口41和气化热源补入口42提供进入装置，重油裂解器5投料温度温度450-650℃，气化炉7稳定气化温度750-1200℃，操作压力为0.01～4.00MPa。

所述的重油裂解器5底部设置了裂解器排渣口38，连接固体排灰装置后可实现在线减压连续排灰。

所述的本装置中涉及的高温气固流化的设备均为耐磨陶瓷衬底。

所述的装置中所有测压测温点可以实现压力和温度同时检测，通过监测实现装置在正常压力温度下运行，所述的短节32保证气化炉7产生的合成气不会反窜到气固分离器6。

所述的气化炉7顶部设有在线加料口43，可实现开车期间在线加入石英砂、、催化剂、灰渣以及其他含惰性颗粒的一种或多种组合物料，该物料为整个***流化热载体，物料粒径50～200μm。

所述的气化炉7是干粉气化炉，气化剂为氧气、空气、饱和蒸汽中的一种或几种的混合物，气化温度需要考虑加入固体惰性热载体。

所述的输送器8的输送气来自增压器10，输送气可以是净化后的合成气、蒸汽、氮气、二氧化碳，氢气等气体中一种或者几种的混合气体。

所述的气化炉7生成的合成气进入合成气净化器9，合成气中带有粒径小于50μm细灰，合成气净化器9设置排尘口(44)净化，合成气净化器9将细灰补集，并通过排尘口44排出。

所述的装置开车前期，重油裂解器5升温阶段由外置开工预热器提供高温气进入流化气入口41，流化气入口41前端设置了流化气计量仪47，正常开车投料阶段，由流化气入口41、重油雾化器4和输送短节37共同为重油裂解器5提供循环气。

所述的物料流化体系中的气固分离器6、气化炉7、输送器8、短节32和输送短节37外壁都设置了蒸汽或者电伴热保温，温度维持350-500℃以上。

本发明重油裂解气化方法，包括如下步骤：

步骤一、升温流化阶段热载体通过在线加料口43加入气化炉7，热载体作为整个流化体系中传热介质先实现流化，由流化气入口41和气化热源补入口42进入热源，传热介质借助流化使重油裂解器5和气化炉7升温至600℃以上；

步骤二、重油经过重油缓冲罐1预热到100～200℃后，经过伴热升温，重油计量仪15计量后由重油泵2进入重油雾化器4；雾化气经气体计量仪17计量后进入输送气过热器3加热后进入重油雾化器4；与重油雾化后形成雾化油气；

步骤三、被雾化油气进入快速混合区21，与来自输送器8的高温热载体接触并快速加热，在快速裂解区22内发生裂解反应，进形成高温油气和含碳颗粒的混合物，进入固定焦化区23把含碳颗粒进一步焦化，最后一起进入气固分离器6；

步骤四、油气和含碳颗粒在气固分离器6中实现气固分离，裂解油气通过上部裂解油气出口30进入后续冷却收集，含碳颗粒可通过特殊短节32进入气化炉7；

步骤五、来自短节32的含碳颗粒与来自气化剂入口34的气化剂在气化炉7完成气化反应，生成的合成气进入合成气净化器9净化后进入后续冷却回收，捕集的固体可进入输送器8；

步骤六、在增压器10提供的输送气的作用下，输送器8将固体颗粒作为热载体返回至重油裂解单器5。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种重油裂解气化装置及方法，其特征在于，包括重油雾化进料***、重油裂解***、气化***和返料***；

所述的重油雾化进料***包括带有加料口和出料口的重油缓冲罐(1)，重油缓冲罐(1)的出料口经重油泵(2)与重油雾化器(4)的雾化器进油口(20)相连，重油雾化器(4)的雾化器进气口(19)与带有输送气过热器(3)的输送气相连；

所述的重油裂解***包括重油裂解器(5)和气固分离器(6)，所述的重油裂解器(5)包括由自下而上依次通过缩颈短节相连通的快速混合区(21)、快速裂解区(22)和固定焦化区(23)，所述的快速混合区(21)下端与重油雾化器(4)出口相连通，且快速混合区(21)侧壁开设有流化器入口(41)，下端开设有裂解器排渣口(38)，固定焦化区(23)的顶部开设有与气固分离器(6)的入口(29)相连通的混合气出口(24)，气固分离器(6)顶部开设有裂解油气出口(30)、底部开设有固体颗粒出口(45)；

所述的气化***包括带有在线加料口(43)、气化炉排渣口(35)、气化热源补入口(42)、气化剂入口(34)、合成气出口(39)的气化炉(7)和合成气净化器(9)；所述的气化炉(7)通过短节(32)与气固分离器(6)的固体颗粒出口相连，气化炉通过合成气出口(39)与带有合成气管道(13)和排尘口44的合成气净化器(9)入口相连；

所述的返料***包括与气化炉的固体颗粒出口相连的输送器(8)，输送器的入口与增压器(10)相连，输送器(8)的出口通过输送短节(37)连接重油裂解器(5)。

2.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：所述的重油缓冲罐(1)外侧还设置有蒸汽换热器(12)，重油缓冲罐(1)上部设置有重缓冲罐测压测温点(14)、下部出料口设置有重油计量仪(15)。

3.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：所述的重油泵(2)的出口设置重油测压测温点(16)，所述的重油泵(2)的出口还通过管路与重油缓冲罐(1)的加料口(11)相连，所述的输送气过热器(3)的入口与气体计量仪(17)连接、出口管路上连接有过热器出口测压测温点(18)。

4.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：重油雾化器(4)出口油路为四分之一圆弧。

5.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：所述的重油裂解器(5)的下部快速混合区(21)连接有第一测压测温点(25)，中部快速裂解区(22)设置了第二测压测温点(26)和第三测压测温点(27)，上部固定焦化区(23)设置第四测压测温点(28)，快速混合区(21)气速0.2～2m/s，停留时间1～10s，快速裂解区(22)气速1～10m/s，停留时间2～20s，固定焦化区(23)上部混合气出口(24)气速1～10m/s，重油裂解器(5)投料温度温度450-650℃，流化器入口(41)前端还安装有流化气计量仪(47)。

6.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：所述的气固分离器(6)上设置有气固分离器测压测温点(31)。

7.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：所述的气化炉(7)为干粉气化炉，气化剂为氧气、空气、饱和蒸汽中的一种或几种的混合物，气化炉(7)稳定气化温度为750-1200℃，操作压力为0.01～4.00MPa，气化炉(7)上还设置有气化炉测压测温点(33)，气化炉(7)顶部的在线加料口(43)实现开车期间在线加入石英砂、催化剂、灰渣以及含惰性颗粒的一种或多种组合物料，该物料为整个***流化热载体，物料粒径50～200μm，所述的短节(32)上设置有吹扫口(46)。

8.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：所述的增压器(10)与输送器(8)之间的管道上还安装有输送气计量仪(36)；所述的输送短节(37)上设置有输送气测压测温点(40)，输送气采用净化后的合成气、蒸汽、氮气、二氧化碳，氢气等气体中一种或者几种的混合气体。

9.根据权利要求书1所述的重油裂解气化装置，其特征在于：所述的气固分离器(6)、气化炉(7)、输送器(8)、短节(32)和输送短节(37)外壁均设置有使其温度维持350-500℃以上的蒸汽或者电伴热保温装置。

10.一种基于权利要求1至9中任意一项装置的重油裂解气化方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、升温流化阶段热载体通过在线加料口(43)加入气化炉(7)，热载体作为整个流化体系中传热介质先实现流化，由流化气入口(41)和气化热源补入口(42)进入热源，传热介质借助流化使重油裂解器(5)和气化炉(7)升温至600℃以上；

步骤二、重油经过重油缓冲罐(1)预热到100～200℃后，经过伴热升温，重油计量仪(15)计量后由重油泵(2)进入重油雾化器(4)；雾化气经气体计量仪(17)计量后进入输送气过热器(3)加热后进入重油雾化器(4)；与重油雾化后形成雾化油气；

步骤三、被雾化油气进入快速混合区(21)，与来自输送器(8)的高温热载体接触并快速加热，在快速裂解区(22)内发生裂解反应，进而形成高温油气和含碳颗粒的混合物，进入固定焦化区(23)把含碳颗粒进一步焦化，最后一起进入气固分离器(6)；

步骤四、油气和含碳颗粒在气固分离器(6)中实现气固分离，裂解油气通过上部裂解油气出口(30)进入后续冷却收集，含碳颗粒可通过短节(32)进入气化炉(7)；

步骤五、来自短节(32)的含碳颗粒与来自气化剂入口(34)的气化剂在气化炉(7)完成气化反应，生成的合成气进入合成气净化器(9)净化后进入后续冷却回收，捕集的固体可进入输送器(8)；

步骤六、在增压器(10)提供的输送气的作用下，输送器(8)将固体颗粒作为热载体返回至重油裂解单器(5)。

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