阅读说明：本技术 一种流化床重油裂解与气化的分级转化装置及方法 ([db:专利名称-en]) 是由 黄勇 杨会民 王汝成 张月明 刘巧霞 吴升潇 王研 孔少亮 贺文晋 于 2019-11-26 设计创作，主要内容包括：一种流化床重油裂解与气化的分级转化装置与方法,包括进料单元、载气单元、裂解-气化单元、冷却回收单元、气液分离单元及轻油回收单元。进料单元包括重油系统、蒸汽系统和固体颗粒系统,实现重油与蒸汽的高效雾化,以及油气的连续稳定进料；载气单元包括流化气系统和气化剂系统,实现流化气的预热以及气化剂的连续进料；裂解-气化单元包括耦合反应系统、固体循环返料系统和除尘系统,完成重油裂解、固体捕集及循环返料；冷却回收单元包括在线取样系统、洗涤系统和精馏系统,实现裂解油品的收集以及轻油、重油的回收循环利用；气液分离及轻油回收单元包括两级冷凝气液分离系统、吸附罐、过滤器,完成气液两相的高效分离以及轻质尾油的回收。([db:摘要-en])

一种流化床重油裂解与气化的分级转化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种重油裂解与气化的装置，具体涉及一种流化床重油裂解与气化的分级转化装置及方法。

背景技术

石油资源重质化、劣质化程度的不断加深与轻质油品需求的快速增长、环境保护日益严格之间的矛盾，加速了重油加工新技术的开发。劣质重油具有多环芳烃含量高、C/H比高、粘度以及密度大、杂原子及重金属含量高、易缩合生焦等特点，传统的重油改质技术难以满足高效清洁的加工需求。

传统的重油改质技术分为加氢和脱碳两种路线。国内外加氢技术多数针对于馏分油，采用成熟的固定床工艺技术，通过加氢精制和加氢处理用于生产清洁燃料油。重油加氢反应技术存在投资大、操作费用高、氢源不足以及催化剂失活等问题，工业化应用方面相对较少。以悬浮床为代表的重劣质油加氢工艺工业化应用有待进一步验证和开发。

作为重要的脱碳工艺，延迟焦化具有技术成熟、设备投资和操作费用低、原料适应性广、操作灵活、投资回报率高等优点，用于高硫、高金属和高残炭的重油加工。但该工艺存在间歇操作、加工能力低以及液体收率低等缺点，更为重要的是产生大量难以处理的、低价值的高硫石油焦。延迟焦化工艺副产大量的焦炭，特别是高硫石油焦的出路问题较大。流化焦化是1954年美国埃克森(Exxon)公司开发的将流化催化裂化技术用于渣油热解的技术。该工艺具有原料适应性广、连续操作、灵活性好、装置可靠性强、环境污染小等特点。与延迟焦化相比，流化焦化液体产率约高出十几个百分点，焦炭产率约为原料残炭值的1.1-1.4倍，低于延迟焦化残炭值1.5-2.0倍的焦炭产率。但需将产生过多热量的小粒径粉焦从系统排出用作燃料。灵活焦化Exxon Mobil公司是把传统的流化焦化与焦炭气化相结合的重油加工工艺，减少焦炭产量并产生富氢、低热值气体，解决高硫石油焦出口问题。气化器中热焦在空气和水蒸汽的作用下发生气化反应，生成低热值气体，并残存少量细焦粉。灵活焦化为国外专利技术，存在工艺复杂、投资较高、燃气热值低以及工程设计难度大等问题，推广率较低。

基于此，国内焦化工艺通过单一气化工艺将重油直接转化为合成气等小分子，没有充分利用重油中赋存的油气分子与氢元素，造成重油资源浪费。因此，迫切需要一种能适应重劣质油加工、能源转化效率高、油品收率高、处理规模大的新型重劣质油加工技术。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种重油转化率高、石油焦气化活性高，且不产生难以处理的低品质高硫石油焦的流化床重油裂解与气化的分级转化装置及方法。

为达到上述目的，本发明的装置包括进料单元、载气单元、裂解-气化单元、冷却回收单元、气液分离单元及轻油回收单元：

所述的进料单元包括蒸汽系统、重油系统和固体颗粒系统；

所述的蒸汽系统包括与蒸汽源依次相连的加压计量泵、电热蒸汽发生器和蒸汽过热器；

所述的重油系统包括与重油源依次相连的重油加压进料泵、重油预热器和重油喷雾器，所述的蒸汽系统的蒸汽过热器产生的饱和蒸汽与重油喷雾器的气路入口相连；

所述的固体颗粒系统包括依次相连的颗粒储罐、颗粒加压斗和颗粒发送斗；

所述的载气单元包括流化气系统和气化剂系统；

所述的流化气系统包括依次相连的载气源、载气混合器和载气预热器；

所述的气化剂系统包括与气化剂依次相连的气化剂混合器和气化剂预热器；

所述的裂解-气化单元包括耦合反应系统和除尘系统；

所述的耦合反应系统包括裂解反应器、气化反应器和开工加热炉；其中重油系统的重油喷雾器的出口分别与裂解反应器的项部和气化反应器相连，裂解反应器还分别与流化气预热器出口、气化反应器出口相连，固体颗粒系统的颗粒发送斗的出口与气化反应器入口相连，气化反应器的底部还分别与气化剂系统的气化剂预热器、开工加热炉相连；

所述的除尘系统包括依次相连的初级气固分离器、次级气固分离器和颗粒深度捕集器；初级气固分离器的入口与裂解反应器的顶部出口相连，初级气固分离器气相出口与次级气固分离器相连；次级气固分离器的气相出口与颗粒深度捕集器相连，初级气固分离器、次级气固分离器和颗粒深度捕集器的固体排放口分别连接有颗粒收集器、焦粉收集器和细灰收集器，颗粒深度捕集器的气体入口还与流化气系统的载气预热器相连；

所述的初级气固分离器的中下部料腿还通过设置有保证裂解反应器和气化反应器产生的气体不会反窜到初级气固分离器的短节分别与裂解反应器、气化反应器以返料管线的形式相连，在初级气固分离器与裂解反应器、气化反应器的返料管线上还连接有与流化气预热器出口相连的返料吹扫器；

所述的冷却回收单元包括在线取样系统、洗涤系统和精馏系统；

所述的在线取样系统包括一级吸附器和二级吸附器，一级吸附器的底部入口与颗粒深度捕集器气相出口相连的相连，一级吸附器的顶部出口与二级吸附器的底部相连，二级吸附器的出口与放空管路相连；

所述的洗涤系统包括粗洗塔、重油收集器、精洗塔、轻油收集器和重油中间罐；粗洗塔的下部与颗粒深度捕集器的气相出口相连，底部依次与重油收集器、重油中间罐相连；精洗塔的下部与粗洗塔的气相出口相连，底部依次与轻油收集器和重油中间罐相连，重油中间罐的入口还通过管路与重油系统的重油预热器的出口相连；

所述的精馏系统包括精馏塔、轻油缓存器、重油缓存器和重油产品罐；精馏塔的下部入口与重油中间罐的出口相连；精馏塔从顶部到底部的出口分别与轻油缓存器、重油缓存器和重油产品罐相连，轻油缓存器的出口与精洗塔的上部相连，重油缓存器的出口与粗洗塔的上部相连；

所述的气液分离单元包括初级气液分离系统、次级气液分离系统；

所述的初级气液分离系统包括初级气液冷凝器和初级气液分离器，初级气液冷凝器的下部入口与精洗塔的气相出口相连，底部与初级气液分离器相连；

所述的次级气液分离系统包括次级气液冷凝器、次级气液分离器，次级气液冷凝器的上部入口与初级气液冷凝器的气相出口相连，底部与次级气液分离器相连；

所述的轻油回收单元包括依次与次级气液冷凝器的气相出口相连通的吸附罐和过滤器。

所述的流化气系统采用的液化气为氮气、二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷、空气和蒸汽的一种或多种的组合。

所述的重油喷雾器设有10-30个呈高低错列、对角平均分布的进料喷嘴，喷嘴斜向下30-60度，深入裂解反应器和气化反应器侧壁2-10cm，重油的温度200-400℃，进料速率0.5-10kg/h，操作压力为0.001-4.0MPa。

所述的气化反应器的热量由开工加热炉其燃料为干气、空气、天然气、柴油、重油、蒸汽或可燃燃料的一种或多种的组合，由颗粒发送斗给气化反应器内在线加入50-200μm粒径的石英砂、煤焦、石油焦、生物质、废旧催化剂、废旧轮胎及含碳物料的一种或多种的组合物，耦合反应系统中固体颗粒的循环倍率为50-200。

所述的一级吸附器和二级吸附器分别利用溶剂回收、吸附解析的在线取样方式，得到全馏分的裂解油，一级吸附器和二级器吸附器外设有温度为0～-20℃的冷肼；一级吸附器内的溶剂为石油醚、丙酮和二氯甲烷的一种或多种的组合，二级吸附器内的吸附剂为焦粉改性剂、高性能多孔碳材料、气凝胶或亲油材料的一种或多种的组合。

所述的初级气固分离器捕集的颗粒粒径为150-200μm，次级气固分离器捕集的颗粒粒径为50-150μm，颗粒深度捕集器捕集的颗粒粒径为<50μm。

所述的自裂解反应器的出口至粗洗塔的入口之间设置有保证裂解反应器的出口、初级气固分离器、次级气固分离器、焦粉收集器、颗粒深度捕集器、细灰收集器、至粗洗塔的入口及管线的温度>350℃的蒸汽伴热保温装置。

所述的裂解反应器的操作压力为0.001-4.0MPa，温度为400-900℃，停留时间4-30s，气速0.1-2.0m/s，剂油比4-20；

所述的气化反应器的操作压力为0.001-4.0MPa，温度为800-1200℃，停留时间4-25s，气速0.1-1.0m/s，剂油比4-30。

所述的过滤器为石英棉、金属烧结物、陶瓷过滤网和微米合金网的一种或多种的组合。

基于以上装置的流化床重油裂解与气化的分级转化方法包括以下步骤：

(1)固体颗粒经过颗粒储罐、颗粒加压斗和颗粒发送斗送入气化反应器，在返料吹扫器的作用下，固体颗粒在裂解反应器、气化反应器和初级气固分离器之间形成高倍率循环流化状态；燃料在开工加热炉内反应产生热量，高温固体颗粒携带热量在裂解反应器、气化反应器和和初级气固分离器之间循环返料，为逐步升温提供热量；

(2)重油经加压进料泵、重油预热器后进入重油喷雾器，与来自加压计量泵、电热蒸汽发生器和蒸汽过热器的饱和蒸汽，在重油雾化器内充分混合后，喷入裂解反应器或气化反应器；重油在裂解反应器内与预热的流化气、高温固体热载体发生裂解反应产生含固油气、石油焦，裂解产生的石油焦积聚在固体热载体表面；含石油焦和固体颗粒的含固油气依次进入初级气固分离器、次级气固分离器和颗粒深度捕集器，分离的大粒径石油焦和固体颗粒的混合物通过返料吹扫器分别返回至裂解反应器或气化反应器，小粒径石油焦和固体颗粒分别捕集焦粉收集器、细灰收集器；

(3)初级气固分离器捕集的固体颗粒与来自气化剂预热器的气化剂，在气化反应器内发生燃烧或气化反应，产生含固的高温合成气进入裂解反应器，为重油裂解提供热量和气氛；通过颗粒发送斗在线加入固体颗粒或者由重油喷雾器喷入雾化油气，维持气化段反应器的床层料位；

(4)来自颗粒深度捕集器的高温油气，依次进入一级吸附器、二级吸附器，收集全馏***解油；来自颗粒深度捕集器的高温油气，依次进入粗洗塔、精洗塔洗涤降温，回收的裂解油经过精馏塔分馏后，其中的重油、轻油分别作为粗洗塔、精洗塔的冷却介质；经精洗塔洗涤后的油气进入气液分离系统，经过初级冷凝器、初级气液分离器、次级气液分离器，次级气液冷凝器以及吸附罐、过滤器，分级回收轻质油品、裂解水和富氢合成气。

本发明通过裂解-气化耦合、高倍率固体颗粒循环以及分段循环回收的方法，达到高效分级利用重油中油气分子以及氢元素的目的，具有重油转化率高、液体收率高、合成气有效气组分高、能耗低、节能环保等技术特点。

进一步的来自裂解反应器的石油焦，在气化反应器中发生燃烧或气化反应产生的热量及气氛，在固体热载体的高倍率循环返料作用下，提供给裂解反应器中重油进行裂解反应；初级气固分离器的料腿处设有汽提管线以及返料管线，汽提管线吸附在焦炭表面的油气，返料管线将固体颗粒分别输送至裂解反应器和气化反应器中维持床层料位；气化反应器炉的气化温度可以提高至接近或达到物料灰熔点的循环流化床气化炉；颗粒收集器、焦粉收集器及细灰收集器连接固体排灰装置，实现颗粒的在线减压连续排灰；粗洗塔和精洗塔分别对油气进行洗涤回收，介质采用重油、轻油，回收的重油和轻油混合物，经精馏塔得到作为冷却介质进行循环利用。重油为200-350℃的馏分油，轻油为50-200℃的馏分油；基于原料残碳值的不同，焦炭收率与原料残炭值之比<1.1-1.2，重油转化率>80％，碳转化率>85％，合成气有效气组分CO+H₂>75％。

附图说明

图1是本发明的整体流程示意图。

图中：1、加压计量泵；2、电热蒸汽发生器；3、蒸汽过热器；4、重油加压进料泵；5、重油预热器；6、重油喷雾器；7、载气源；8、载气混合器；9、载气预热器；10、颗粒储罐；11、颗粒加压斗；12、颗粒发送斗；13、气化剂混合器；14、气化剂预热器；15、开工加热炉；16、裂解反应器；17、气化反应器；18、初级气固分离器；19、返料吹扫器；20、颗粒收集器；21、次级气固分离器；22、焦粉收集器；23、深度捕集器；24、细灰收集器；25、一级吸附器；26、二级吸附器；27、粗洗塔；28、重油收集器；29、重油中间罐；30、精洗塔；31、轻油收集器；32、精馏塔；33、轻油缓存器；34、重油缓存器；35、重油产品罐；36、初级冷凝器；37、初级气液分离器；38、次级气液冷凝器；39、次级气液分离器；40、吸附罐；41、过滤器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明专利作进一步详细说明。

参见图1，本发明的装置包括进料单元、载气单元、裂解-气化单元、冷却回收单元、气液分离单元及轻油回收单元：

所述的进料单元包括蒸汽系统、重油系统和固体颗粒系统；

所述的蒸汽系统包括与蒸汽源依次相连的加压计量泵1、电热蒸汽发生器2和蒸汽过热器3；

所述的重油系统包括与重油源依次相连的重油加压进料泵4、重油预热器5和重油喷雾器6，所述的蒸汽系统的蒸汽过热器3产生的饱和蒸汽与重油喷雾器6的气路入口相连；

所述的固体颗粒系统包括依次相连的颗粒储罐10、颗粒加压斗11和颗粒发送斗12；

所述的载气单元包括流化气系统和气化剂系统；

所述的流化气系统包括依次相连的载气源7、载气混合器8和载气预热器9；

所述的气化剂系统包括与气化剂依次相连的气化剂混合器13和气化剂预热器14；

所述的裂解-气化单元包括耦合反应系统和除尘系统；

所述的耦合反应系统包括裂解反应器16、气化反应器17和开工加热炉15；其中重油系统的重油喷雾器6的出口分别与裂解反应器16的项部和气化反应器17相连，裂解反应器16还分别与流化气预热器9出口、气化反应器17出口相连，固体颗粒系统的颗粒发送斗12的出口与气化反应器17入口相连，气化反应器17的底部还分别与气化剂系统的气化剂预热器14、开工加热炉15相连；

本发明的重油喷雾器6设有10-30个呈高低错列、对角平均分布的进料喷嘴，喷嘴斜向下30-60度，深入裂解反应器16和气化反应器17侧壁2-10cm，重油的温度200-400℃，进料速率0.5-10kg/h，操作压力为0.001-4.0MPa。

所述的除尘系统包括依次相连的初级气固分离器18、次级气固分离器21和颗粒深度捕集器23；初级气固分离器18的入口与裂解反应器16的顶部出口相连，初级气固分离器18气相出口与次级气固分离器21相连；次级气固分离器21的气相出口与颗粒深度捕集器23相连，初级气固分离器18、次级气固分离器21和颗粒深度捕集器23的固体排放口分别连接有颗粒收集器20、焦粉收集器22和细灰收集器24，颗粒深度捕集器23的气体入口还与流化气系统的载气预热器9相连；

所述的初级气固分离器18的中下部料腿还通过设置有保证裂解反应器16和气化反应器17产生的气体不会反窜到初级气固分离器18的短节分别与裂解反应器16、气化反应器17以返料管线的形式相连，在初级气固分离器18与裂解反应器16、气化反应器17的返料管线上还连接有与流化气预热器9出口相连的返料吹扫器19；

所述的冷却回收单元包括在线取样系统、洗涤系统和精馏系统；

所述的在线取样系统包括一级吸附器25和二级吸附器26，一级吸附器25的底部入口与颗粒深度捕集器23气相出口相连的相连，一级吸附器25的顶部出口与二级吸附器26的底部相连，二级吸附器26的出口与放空管路相连；

所述的洗涤系统包括粗洗塔27、重油收集器28、精洗塔30、轻油收集器31和重油中间罐29；粗洗塔27的下部与颗粒深度捕集器23的气相出口相连，底部依次与重油收集器28、重油中间罐29相连；精洗塔30的下部与粗洗塔27的气相出口相连，底部依次与轻油收集器31和重油中间罐29相连，重油中间罐29的入口还通过管路与重油系统的重油预热器5的出口相连；

所述的精馏系统包括精馏塔32、轻油缓存器33、重油缓存器34和重油产品罐35；精馏塔32的下部入口与重油中间罐29的出口相连；精馏塔32从顶部到底部的出口分别与轻油缓存器33、重油缓存器34和重油产品罐35相连，轻油缓存器33的出口与精洗塔30的上部相连，重油缓存器34的出口与粗洗塔27的上部相连；

所述的气液分离单元包括初级气液分离系统、次级气液分离系统；

所述的初级气液分离系统包括初级气液冷凝器36和初级气液分离器37，初级气液冷凝器36的下部入口与精洗塔30的气相出口相连，底部与初级气液分离器37相连；

所述的次级气液分离系统包括次级气液冷凝器38、次级气液分离器39，次级气液冷凝器38的上部入口与初级气液冷凝器36的气相出口相连，底部与次级气液分离器39相连；

所述的轻油回收单元包括依次与次级气液冷凝器38的气相出口相连通的吸附罐40和过滤器41。

本发明的流化气包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷、空气和蒸汽的一种或多种的组合；

本发明的重油通过重油加压进料泵4实现在加压连续进料，附带准确控制的重油预热器5，使重油的温度300-400℃，进料速率0.5-10kg/h，操作压力为0.001-4.0MPa；

本发明的气化反应器17的热量由开工加热炉15其燃料为干气、空气、天然气、柴油、重油、蒸汽或可燃燃料的一种或多种的组合，由颗粒发送斗12给气化反应器17内在线加入50-200μm粒径的石英砂、煤焦、石油焦、生物质、废旧催化剂、废旧轮胎及含碳物料的一种或多种的组合物，其进料速率为0-5kg/h，操作压力为0.001-4.0MPa，耦合反应系统中固体颗粒的循环倍率为50-200。

所述的裂解反应器的操作压力为0.001-4.0MPa，温度为400-900℃，停留时间4-30s，气速0.1-2.0m/s，剂油比4-20；

所述的气化反应器的操作压力为0.001-4.0MPa，温度为800-1200℃，停留时间4-25s，气速0.1-1.0m/s，剂油比4-30；

所述的初级气固分离器18捕集的颗粒粒径为150-200μm，次级气固分离器21捕集的颗粒粒径为50-150μm，颗粒深度捕集器23捕集的颗粒粒径为<50μm；

所述的裂解原料包括原油、柴油、汽油、FCC油浆、润滑油以及煤焦油的一种或多种的组合；

本发明的一级吸附器25和二级吸附器26分别利用溶剂回收、吸附解析的在线取样方式，得到全馏分的裂解油，一级吸附器25和二级器吸附器26外设有温度为0～-20℃的冷肼；一级吸附器26内的溶剂为石油醚、丙酮和二氯甲烷的一种或多种的组合，二级吸附器26内的吸附剂为焦粉改性剂、高性能多孔碳材料、气凝胶或亲油材料的一种或多种的组合。

本发明的自裂解反应器16的出口至粗洗塔27的入口之间设置有保证裂解反应器16的出口、初级气固分离器18、次级气固分离器21、焦粉收集器22、颗粒深度捕集器23、细灰收集器24、至粗洗塔27的入口及管线的温度>350℃的蒸汽伴热保温装置。

本发明的过滤器41为石英棉、金属烧结物、陶瓷过滤网和微米合金网的一种或多种的组合。

所述的基于原料残炭值不同，焦炭收率与原料残炭值之比<1.1-1.2，重油转化率>80％，碳转化率>85％，合成气有效气组分CO+H₂>75％；

流化床重油裂解与气化的分级转化方法如下：

(1)流化升温

1)固体颗粒经过颗粒储罐10、颗粒加压斗11和颗粒发送斗12送入气化反应器17，在返料吹扫器19的作用下，固体颗粒在裂解反应器16、气化反应器17和初级气固分离器18之间形成高倍率循环流化状态；

2)燃料在开工加热炉15内反应产生热量，高温固体颗粒携带热量在裂解反应器16、气化反应器17和和初级气固分离器18之间循环返料，为逐步升温提供热量；

(2)重油裂解

1)重油经加压进料泵4、重油预热器5后进入重油喷雾器6，与来自加压计量泵1、电热蒸汽发生器2和蒸汽过热器3的饱和蒸汽，在重油雾化器6内充分混合后，喷入裂解反应器16或气化反应器17；

2)重油在裂解反应器16内与预热的流化气、高温固体热载体发生裂解反应产生含固油气，裂解产生的石油焦积聚在固体热载体表面；

3)含石油焦和固体颗粒的含固油气依次进入初级气固分离器18、次级气固分离器21和颗粒深度捕集器23，分离的大粒径石油焦和固体颗粒的混合物通过返料吹扫器19分别返回至裂解反应器16或气化反应器17，小粒径石油焦和固体颗粒分别捕集焦粉收集器22、细灰收集器24；

(3)石油焦气化

1)初级气固分离器18捕集的固体颗粒与来自气化剂预热器14的气化剂，在气化反应器17内发生燃烧或气化反应，产生含固的高温合成气进入裂解反应器16，为重油裂解提供热量和气氛；

2)通过颗粒发送斗12在线加入固体颗粒或者由重油喷雾器6喷入雾化油气，维持气化段反应器17的床层料位；

(4)油品收集

1)来自颗粒深度捕集器23的高温油气依次进入一级吸附器25、二级吸附器26，收集全馏***解油；

2)来自颗粒深度捕集器23的高温油气依次进入粗洗塔27、精洗塔30洗涤降温，回收的裂解油经过精馏塔32分馏后，其中的重油、轻油分别作为粗洗塔27、精洗塔30的冷却介质；

3)经精洗塔30洗涤后的油气进入气液分离系统，经过初级冷凝器36、初级气液分离器37、次级气液冷凝器38，次级气液分离器39以及吸附罐40、过滤器41，分级回收轻质油品、裂解水和富氢合成气。