具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明重油裂解-气化耦合反应装置一实施例的结构示意图，内部包括：相互导通的裂解段1和气化段2，所述裂解段1位于所述气化段2的上部；所述裂解段1设置重油原料入口、流化气入口，上部设置油气出口；所述气化段2设置气化剂入口。

裂解段1用于提供重油原料a进行裂解的场所。裂解段1填有裂解载体，例如焦粉，从而使通过重油原料入口进入裂解段1的重油原料a与在流化气作用下的流化态焦粉发生接触发生裂解反应而生成轻质油气与焦炭颗粒，其中，焦炭颗粒是指重油原料中的焦炭附着于焦粉表面而形成的颗粒。

由于裂解段1与气化段2连通，且气化段2处于裂解段1的底部，因此气化段2能够接收来由裂解段1下行的焦炭颗粒b，并且使焦炭颗粒b在经气化剂入口进入气化段2的气化剂c的作用下发生气化反应生成合成气d。

本发明的反应装置将裂解段1与气化段2进行耦合连通，且使裂解段1位于气化段2的上部，不仅有助于使裂解段1中的焦炭颗粒b在重力作用下下行进入气化段2发生气化反应，还能够使气化段2中生成的合成气d上行进入裂解段1参与裂解反应，从而一方面携带热量的合成气d会提供裂解反应所需的热量，使裂解-气化两个反应段的热量匹配利用，提高总体能效，另一方面合成气d中的氢气能够在一定程度抑制重油裂解反应的生焦反应，改善重油裂解的产物分布，提高轻质油气的品质以及收率。而且该合成气d还能使裂解段1中的焦炭颗粒充分流化。

裂解段1的重油原料入口用于向裂解段1通入重油原料a；流化气入口用于向裂解段1通入流化气体，从而使其中的焦粉以及焦炭颗粒处于流化状态，更有利于与重油原料a的充分接触；上部设置的油气出口用于将裂解段1中的上行的轻质油气和合成气外排进行处理，例如进一步通过气液分馏塔与油气吸收稳定塔等系统，分别获得合成气、干气、液化气等气体产物以及轻质油品产物。当然，所得油品可以进一步切割分离得到不同馏程组分的液体产物，其中重油(可能包括部分接触剂固体颗粒)可以与重油原料混合进行回炼加工。裂解段1还可以包括用于向其中补充焦粉的载体补充入口。

在本发明的耦合反应装置中，裂解段1可使用裂解反应器，气化段2可使用气化反应器，并且为了保证物流的顺畅流通，可以使裂解反应器和气化反应器同轴连通。

为了降低气化反应器中的操作气速，可以使裂解反应器与所述气化反应器的直径比为1：(1.5-4)，更进一步地，可以使裂解反应器与所述气化反应器的直径比为1：(2-3)。

由于本发明的耦合反应装置采用上部裂解反应器与下部气化反应器以不同直径连通的结构，为了保证耦合反应装置对重油的加工能力以及强化合成气对裂解反应的协助作用，本发明的耦合反应装置内部的操作压力可以为0.1-6Mpa，进一步为2-4Mpa。

此外，为了保证重油原料a与裂解段1中的流化焦粉充分接触，可以在耦合反应器内部与重油原料入口对应的位置设置雾化单元3，从而能够对重油原料a进行雾化处理，使雾化态的重油原料a在流化气的提升作用下与流化焦粉接触并发生裂解反应。

其中，雾化单元3可以包括原料输入管以及设置在原料输入管上的多个雾化喷嘴31，原料输入管的输入口与重油原料入口连通并且以单层或多层环形设置，并且喷嘴31采用径向对置设计或者切向旋流设计，具体喷嘴31的选取准则以强化重油原料雾化以及气固接触效果为准则。

进一步地，还可以在上述耦合反应装置中设置相互连通的水蒸气汽提段4以及粒径细化段5。

其中，水蒸气汽提段4和粒径细化段5设置于所述裂解段1和气化段2之间，且分别与所述裂解段1和气化段2连通；所述水蒸气汽提段4位于所述粒径细化段5的上部。

裂解段1中的焦炭颗粒b在下行的过程中，先经过水蒸气汽提段4进行水蒸气汽提处理，从而清除焦炭颗粒b表面的携带的轻质油气。随后，经过水蒸气汽提段4的焦炭颗粒会经过粒径细化段5。粒径细化段5会对焦炭颗粒进行破碎筛分，防止焦炭颗粒发生团聚长大而在气化段2中难以发生气化反应。具体地，可以通过高速研磨水蒸气的作用实施对焦炭颗粒的破碎筛分。

能够理解的是，需要在水蒸气汽提段4设置汽提水蒸气入口41，在粒径细化段5设置研磨水蒸气入口51。

通过在耦合反应装置中设置水蒸气汽提段4和粒径细化段5，能够实现气化段1与裂解段2的有效隔离，保证气化反应和裂解反应相对独立的反应区域，并且还能够避免焦炭颗粒发生团聚，从而提高重油原料a深度轻质化的安全性以及操作稳定性。

在具体实施过程中，水蒸气汽提段4可以包括多层汽提结构，从而通过经汽提水蒸气入口41进入的汽提水蒸气的作用清除焦炭颗粒表面的轻质油气。详细的，多层汽提结构可以采用人字形挡板、环形挡板、锥形挡板、格栅性挡板、散装填料或规整填料等汽提结构中的一种或多种的组合。

粒径细化段5可以包括喷射研磨器，喷射研磨器用于利用从研磨水蒸气入口51进入的水蒸气对经水蒸气汽提段4处理后的焦炭颗粒进行破碎筛分，从而保证进入气化段2的焦炭颗粒与气化剂c能够有更大的接触面积，保证气化反应的高效进行。

进一步地，在上述耦合反应装置中还可以包括气固分离段6，该气固分离段6设置于裂解段1的上部，用于对裂解段1中的油气实施气固分离处理。

裂解段1中具有重油原料a发生裂解反应生成的轻质油气以及来自于气化段2的合成气，在将轻质油气与合成气排出耦合反应装置之前，可以对轻质油气和合成气的混合物流e进行气固分离处理，一方面能够将混合物流e中的携带的固体颗粒(例如焦粉、焦炭颗粒)去除，使去除的固体颗粒落回至裂解段1继续充当裂解载体，另一方面能够对混合物流e进行降温，避免混合物流e以高温状态继续生焦，从而进一步提高轻质油气的品质。

混合物流e进入气固分离段6后，被分离的固体颗粒从固相排出口输出并返回裂解段1，脱除固体后的净化油气产物从油气排出口输出后可以直接排出耦合反应装置而进行下一步的分馏等流程。

气固分离段6可以包括油气快速引出及其连接装置以及气固分离设备，其中，气固分离设备包括本领域通用的轴流式或者旋流式离心分离器的一种或多种的组合，并且当气固分离设备为多种分离器的组合时，本发明不限制其具体的连接关系，可以是相互串联或者并联。

为了进一步抑制净化油气产物以高温状态继续生焦，还可以在气固分离段6的上部设置降温洗涤段7。该降温洗涤段7能够接收从气固分离段6输出的净化油气产物，进而对净化油气产物进行进一步降温处理使成为低温净化油气产物f后，再使其通过油气出口排出耦合反应装置。其中，降温处理是指利用进入低温降温段7的低温液体(例如洗涤油)与净化油气产物接触，从而降低净化油气产物的温度并且去除净化油气产物中可能携带的部分粒径较细的固态颗粒。

具体地，降温洗涤段7可以采用内置填料式结构强化混合物流与低温液体的接触，也可以采用塔板类结构强化混合物流与低温液体的接触。

内置填料式结构可以包括拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍、球形填料等散装填料，或者格栅填料、波纹填料、脉冲填料等规整填料中的一种多种的组合。

塔板类结构包括泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、喷射塔板、穿流塔板中的一种或多种的组合。

在具体实施过程中，洗涤油可以是重油原料。具体地，可以使重油原料分两路进入裂解段1中，一路重油原料经重油原料入口直接与焦粉接触发生裂解反应，另一路重油原料作为洗涤油先进入降温洗涤段7进行换热，随后携带热量下行并输出反应器后经重油原料入口进入裂解段1发生裂解反应，从而有效降低裂解反应所需能耗。在本发明中，作为洗涤油的重油原料为重油原料总质量的5-10％。

具体如图2所示，图2为本发明重油裂解-气化耦合反应装置又一实施例的结构示意图，在图2中，重油原料分两路进入裂解段中，一路重油原料a1经重油原料入口直接与焦粉接触发生裂解反应，另一路重油原料a2作为低温液体先进入降温洗涤段7进行换热，随后下行并输出耦合反应装置后经重油原料入口进入裂解段1发生裂解反应，从而有效降低裂解反应所需能耗。

此外，图2中的耦合反应装置中，水蒸气汽提段4与粒径细化段5之间设置固相出口；所述气化段2设置固相入口；所述固相出口通过所述耦合反应器外部的输送管道与所述固相入口连通。

图2中耦合反应装置外部的输送管道的输入端与水蒸气汽提段4、粒径细化段5之间的固相出口连通，输送管道的输出端与气化段2的固相入口连通。

在图2所示的耦合反应装置中，焦炭颗粒从裂解段1下行后先经水蒸气汽提段4进行水蒸气汽提处理，随后下行至粒径细化段5的过程中，小粒径的焦炭颗粒b1会直接进入粒径细化段5进行研磨粉碎并下行至气化段2，而大粒径的焦炭颗粒b2会经输送管道进入气化段2而免除粒径细化段的处理，从而防止大粒径焦炭颗粒在下行过程中发生堵塞，增加装置操作的稳定性与可靠性。

以下，利用图1中的重油裂解-气化耦合反应装置，对本装置的处理重油原料的实际效果进行详细介绍。

该重油裂解-气化耦合反应装置内部包括：

相互导通的裂解段1和气化段2，裂解段1位于所述气化段2的上部；裂解段1包括重油原料入口、流化气入口(未图示)；气化段2包括气化剂入口以及灰渣排出口(未图示)；

具体的，裂解段1为包括流化床的裂解反应器；气化段2为包括流化床的气化反应器。裂解反应器的底端与气化反应器的顶端相互贯通且同轴设置，以方便物料的输运和循环；裂解反应器中的流化床在经流化气入口进入流化气的作用下，使焦粉处于流化状态，并充当裂解反应的载体；气化反应器中的流化床在经气化剂入口进入气化剂c的作用下，使焦炭颗粒处于流化状态并与气化剂c接触进行气化反应。

水蒸气汽提段4，位于裂解段1与气化段2之间，用于对经裂解段1下行的焦炭颗粒b进水水蒸气汽提处理；

粒径细化段5，位于水蒸气汽提段4与气化段2之间，用于对经水蒸气汽提段4处理后的焦炭颗粒进行粒径细化处理；

雾化单元3，与重油原料入口连通，用于对经重油原料入口进入裂解段1的重油原料a进行雾化处理；

气固分离段6，位于裂解段1的上部，用于对裂解段1中的轻质油气以及合成气的混合物流e进行气固分离处理；包括两个气固分离器61；

降温洗涤段7，位于气固分离段6的上部，用于接收气固分离段6输出的气固分离处理后的净化油气产物并对其进行降温洗涤处理，随后将经降温洗涤处理生成的低温净化油气产物f从油气出口输出重油裂解-气化耦合反应装置。

使用图1提供的装置进行重油裂解-气化耦合的方法简述如下：

重油原料a经重油原料入口进入裂解段1，经雾化单元3处理后，以雾化态与流化焦粉发生接触进行裂解反应，生成焦炭颗粒b和轻质油气。

焦炭颗粒b在重力作用下下行，依次经过水蒸气汽提段4和粒径细化段5的处理后下行进入气化段2与气化剂c发生气化反应生成合成气d。随着合成气d的不断生成，合成气d上行进入裂解段1，不仅为裂解反应提供了反应能量，合成气d中的氢气还能抑制重油裂解反应的生焦反应，改善重油裂解的产物分布，提高油气的品质以及收率。而且该合成气d还能使裂解段1中的焦炭颗粒充分流化。

合成气d在裂解段1与轻质油气混合为混合物流e后，上行进入气固分离段6进行气固分离处理，气固分离处理输出的固体颗粒返回至裂解段1继续作为裂解反应的床料，气固分离输出的净化油气产物上行进入降温洗涤段7进行降温洗涤处理后，低温净化油气产物f最终从油气出口输出并进行后续的分馏处理，从而获得轻质油、裂解气(干气、液化气等)和合成气产品。

采用上述装置对国内某炼厂减压渣油进行处理，表1为待处理的国内某炼厂减压渣油的性质。

表1

由表1可知：该原料油密度较大，残炭值较高。且该原料油的初馏点约为485℃，属于较难转化的重质原料油。

以表1中的减压渣油为原料，采用图1所示的进行重油裂解转化，裂解反应条件选取3Mpa、500℃，以流化焦粉作为裂解段流化反应床料，并通过采用水蒸气与合成气组成的混合气作为重油裂解转化的流化以及反应气氛。所得的重油裂解产物分布如表2所示，并与传统延迟焦化反应器内的产物分布进行对比。

表2

由表2可知：与传统的延迟焦化反应器相比，在重油裂解-气化耦合反应装置内，由于存在多个反应区段之间的高效耦合，并协同合成气对重油裂解反应过程的强化作用，裂解过程的液体收率(质量)提高大约10个百分点，延迟焦化反应器内焦炭收率约为原料油残炭值的1.5倍左右，在裂解-气化耦合反应装置内焦炭产率小于原料的焦炭值，焦炭产率大幅降低。并且裂解段耦合气化段，可以在耦合反应装置内部实现热态焦炭直接气化反应制备富氢合成气，避免了低价值石油焦产物的生成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。