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为本发明重油轻质化耦合反应装置一实施例的结构示意图，包括反应器和合成气-气固分离器100；所述反应器内部包括通过物料管路a相互导通的裂解段1和气化段2；所述物料管路1的输入端与所述气化段2的底部连通，所述物料管路a的输出端与所述裂解段1的顶部连通，且所述物料管路a的输出端设置有单向塞阀b；所述裂解段1设置重油原料入口、固体颗粒出口、合成气入口，上部设置油气出口；所述气化段2设置气化剂入口、固体颗粒入口以及合成气出口；所述合成气出口与所述合成气-气固分离器100的入口连通，所述合成气-气固分离器100的气相出口通过外部合成气输送管路c与所述合成气入口连通；所述固体颗粒出口通过外部提升管d与所述固体颗粒入口连通。

裂解段1用于提供重油原料进行裂解的场所。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。

焦炭颗粒从裂解段1下行并经固体颗粒出口输出反应器进入外部提升管d，其中外部提升管d下部设置有提升气输入口，从而使焦炭颗粒能够在提升气的作用下在外部提升管d中上行，最终经固体颗粒入口进入气化段2。

气化段2经外部提升管d接收来自于裂解段1的焦炭颗粒，并且使焦炭颗粒在经气化剂入口进入气化段2的气化剂的作用下发生气化反应生成合成气，其中，气化剂不仅能够参加气化反应，还能作为气化段2中焦炭颗粒的流化气体。随着合成气的不断生成，合成气会从合成气出口输出反应器，并进入合成气-气固分离器100实施气固分离，从而将合成气中携带的部分未发生气化反应的焦炭颗粒清除，清除的焦炭颗粒可以经合成气-气固分离器100的固相出口输出进入裂解段1重新参与裂解反应，而净化合成气会从合成气-气固分离器100的气相出口输出，部分净化合成气a1经外部合成气输送管路c进入裂解段1，剩余净化合成气a2可以进一收集待用。气化段2中的灰渣可以通过灰渣排出口排出反应器，外排的灰渣中还包括灰分、以及少量未气化碳等产物，对外排的灰渣经过处理后可回收其中有用组分，或再次用作反应床料。

此外，气化段2中未反应完全的焦炭颗粒还会进入物流输送管路a，并且当物流输送管路a中的焦炭颗粒达到一定质量后，物流输送管路a底端的单向塞阀b会打开，从而使物流输送管路a中的焦炭颗粒下行进入裂解段1重新参与裂解反应，并且当物流输送管路a中的焦炭颗粒下行进入裂解段1后，单向塞b阀自动关闭，直至下一次物流输送管路a中的焦炭颗粒达到一定质量后再次打开。具体地，单向塞阀b可以为翼阀。

裂解段1中的生成的轻质油气以及来自于气化段2的净化合成气a2会经裂解段1的油气出口输出，输出的轻质油气以及净化合成气例如会进一步通过气液分馏塔与油气吸收稳定塔等系统，分别获得合成气产品、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。

本发明的耦合反应装置通过内部的物流输送管路a、外部提升管d和合成气输出管路c对裂解段1以及气化段2进行耦合连通，不仅有助于使裂解段1中的焦炭颗粒进入气化段2中发生气化反应，还能够使气化段2中生成的合成气进入裂解段1参与裂解反应，一方面携带热量的合成气会提供裂解反应所需的热量，使裂解段1和气化段2的热量匹配利用，提高总体能效，另一方面合成气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，而且该合成气还能使裂解段1中的焦炭颗粒充分流化。此外，内部的物流输送管路a还能够使气化段2中未完全反应的焦炭颗粒下行至裂解段1，不仅为裂解段1提供了反应床料，焦炭颗粒携带的热量也会裂解反应提供了裂解反应所需的热量，进一步降低了反应能耗。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通过内部输送管路a同轴连通。进一步地，裂解反应器和气化反应器中都包括流化床反应器。

为了降低气化反应器中的操作气速，增大气化反应器中焦炭颗粒的停留时间以及床层密度，可以使裂解反应器的直径大于气化反应器的直径。

在一种实施方式中，裂解反应器与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)。

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，为了保证重油原料与裂解段1中的流化焦粉充分接触，可以在裂解段1中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进行雾化处理，使雾化态的重油原料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，还可以在上述反应器内部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下部，且水蒸气汽提段4的顶部与裂解段1的底部连通。

裂解段1中的焦炭颗粒在下行的过程中，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。当来自于裂解段1的焦炭颗粒依次经过水蒸气汽提段4和粒径细化段5的处理之后，经固体颗粒出口进入外部提升管d，并经固体颗粒入口进入气化段2发生气化反应。

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，在粒径细化段5设置研磨水蒸气入口。

通过在反应器内部设置水蒸气汽提段4和粒径细化段5，能够有效避免焦炭颗粒发生团聚，从而提高重油原料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可以包括人字形挡板、环形挡板、锥形挡板等挡板以迷宫式交错排列的结构，从而利于经研磨水蒸气入口进入的水蒸气对水蒸气汽提段4处理后的焦炭颗粒发生碰撞以实现破碎筛分，保证进入气化段2的焦炭颗粒与气化剂能够有更大的接触面积，使气化反应的高效进行。

为了抑制裂解段1中的轻质油气以高温状态继续生焦，在裂解段1和气化段2之间还可以设置降温洗涤段6。该降温洗涤段6能够接收裂解段1中的轻质油气和净化合成气a1的混合物流，进而对混合物流进行进一步降温洗涤处理使成为低温混合物流后，再使其通过油气出口排出反应器。其中，降温洗涤处理是指利用进入降温洗涤段6的低温液体(例如洗涤油)与混合物流接触，从而降低混合物流的温度并且去除混合物流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6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a2。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作为洗涤油先进入降温洗涤段6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11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a2为重油原料总质量的5-10％。

进一步地，在上述反应器外部还可以包括油气-气固分离器200，该油气-气固分离器200的入口与油气出口连通，用于对低温混合物流实施气固分离处理。

裂解段1中具有通过重油原料发生裂解反应生成的轻质油气以及经外部合成气输送管路c进入的净化合成气a1，在完成轻质油气与净化合成气a1的混合物流的降温洗涤处理后，低温混合物流可以经油气出口输出反应器，并经油气-气固分离器200的入口进入油气-气固分离器200进行气固分离，一方面能够将低温混合物流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，另一方面能够对低温混合物流进行再次降温，进一步避免低温混合物流以高温状态继续生焦，从而进一步提高轻质油气的品质。

低温混合物流进入油气-气固分离器200后，被分离的固体颗粒从油气-气固分离器200的固相出口输出并返回裂解段1，脱除固体后的净化混合物流从油气-气固分离器200的气相出口输出后可以直接进行下一步的分馏等流程。

油气-气固分离器200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。

以下，利用图1中的重油轻质化耦合反应装置对处理重油原料的实际效果进行详细介绍。

该重油轻质化耦合反应装置的反应器内部，由上至下包括：

气化段1，设置有气化剂入口、合成气出口、固体颗粒入口以及灰渣排出口；

具体地，气化段1为气化反应器，进一步包括流化床反应器，流化床反应器在经气化剂入口进入气化剂的作用下，使焦炭颗粒处于流化状态并与气化剂接触进行气化反应；

降温洗涤段6，用于接收裂解段1中的轻质油气与净化合成气a1的混合物流，并对其进行降温洗涤处理，随后经降温洗涤处理生成的低温混合物流从油气出口输出反应器；

裂解段1，包括重油原料入口、流化气入口(未图示)、固体颗粒出口；

具体的，裂解段1为裂解反应器，进一步包括流化床反应器，流化床反应器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充当裂解反应的载体；

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的重油原料进行雾化处理；

水蒸气汽提段4，位于裂解段1下部，包括汽提水蒸气入口，用于利用经汽提水蒸气入口进入的汽提水蒸气对经裂解段1下行的焦炭颗粒进行水水蒸气汽提处理；

粒径细化段5，位于水蒸气汽提段4下部，包括研磨水蒸气入口，用于利用经研磨水蒸气入口进入的研磨水蒸气对经水蒸气汽提段4处理后的焦炭颗粒进行粒径细化处理；

该重油轻质化耦合反应装置的反应器外部包括：

油气-气固分离器200，用于对经反应器的降温洗涤段6进行降温洗涤处理后的低温混合物流实施气固分离，油气-气固分离器200的入口与油气出口连通，油气-气固分离器200的固相出口与裂解段1连通，油气-气固分离器200的气相出口用于输出净化混合物流，从而便于进行下一步分馏处理；

合成气-气固分离器100，用于对经气化段2的合成气出口输出的合成气进行气固分离，合成气-气固分离器100的入口与合成气出口连通，合成气-气固分离器100的气相出口通过外部合成气输送管路c与裂解段1连通，合成气-气固分离器100的固相出口与裂解段1连通。

此外，气化段2通过物流输送管路a与裂解段1同轴连通以方便物料的输运和循环，物流输送管路a的输出端设置有单向塞阀b；固体颗粒出口通过外部提升管d与固体颗粒输入口连通。

使用图1提供的装置进行重油轻质化的方法简述如下：

重油原料分两路进入裂解段1中，具体地，一路重油原料a1经重油原料入口直接进入裂解段1，另一路重油原料a2作为低温液体先进入降温洗涤段6进行换热，随后下行并输出反应器后经重油原料入口再次进入裂解段1。进入裂解段1的重油原料(a1、a2)，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，生成焦炭颗粒和轻质油气。

焦炭颗粒在重力作用下下行，依次经过水蒸气汽提段4和粒径细化段5的处理后经固相出口进入外部提升管d，在提升气的作用下在外部提升管d中上行并经固相入口进入气化段2。进入气化段2中的焦炭颗粒与气化剂发生气化反应生成合成气。

随着合成气的不断生成，合成气从合成气出口输出反应器2，并经合成气-气固分离器100的入口进入合成气-气固分离器100实施气固分离，最终，从合成气-气固分离器100的固相出口输出的焦炭颗粒进入裂解段1参与裂解反应，从合成气-气固分离器100的气相出口输出净化合成气，一部分净化合成气a2会被收集处理，另一部分净化合成气a1会经外部合成气输送管路c进入裂解段1，从而不仅为裂解反应提供了反应能量，净化合成气a1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，提高轻质油气的品质以及收率。而且该净化合成气a1还能使裂解段1中的焦炭颗粒充分流化。气化段2中未反应完全的焦炭颗粒会下行进入物流输送管路a，当物流输送管路a中的焦炭颗粒达到一定质量后，物流输送管路a底端的单向塞阀b会打开，从而使物流输送管路a中的焦炭颗粒下行进入裂解段1重新参与裂解反应，并且当物流输送管路a中的焦炭颗粒下行进入裂解段1后，单向塞阀b自动关闭，直至下一次物流输送管路a中的焦炭颗粒达到一定质量后再次打开。

净化合成气a1在裂解段1与轻质油气混合为混合物流后，上行进入降温洗涤段6与重油原料a2进行换热后，生成的低温混合物流从油气出口输出反应器并经油气-气固分离器200的出口进入油气-气固分离器200进行气固分离，最终，从油气-气固分离器200的固相出口输出的焦炭颗粒进入裂解段1参与裂解反应，从油气-气固分离器200的气相出口输出的净化混合物流可以进行下一步的分馏处理，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，在重油轻质化耦合反应装置内，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)提高接近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，在裂解轻质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。并且裂解段通过内部的物流输送管路、外部提升管和外部合成气输送管路与气化段耦合，可以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。