CN101358136A - 油砂直接流化床焦化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油砂直接流化床焦化的方法和装置。该方法为：油砂原料在焦化反应器中与来自密相烧焦反应器的高温砂混合、换热后进行焦化反应，油气除尘后进入分馏及吸收稳定系统，附焦油砂经汽提器汽提后引入稀相烧焦管，在稀相烧焦管及其上方的密相烧焦反应器内烧焦，烧焦后的热砂一股引入焦化反应器作热载体，一股引入外取热器换热。若生焦量低，烧焦热量不足，可向烧焦管内引入燃烧油、煤粉或焦粉等来维持系统热平衡。该装置至少包括：加料器、焦化反应器、汽提器、稀相烧焦管、密相烧焦反应器、外取热器及旋风分离器。本发明可对油砂、油页岩等非常规石油资源进行直接加工，对环境无污染，装置连续操作性强，弹性大，系统能量综合利用率高。

Description

油砂直接流化床焦化的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种油砂直接流化床焦化的方法和装置，属煤化工及石油化工技术领域。

背景技术

近年来，国际原油价格持续走高、石油需求不断攀升、常规石油资源过度开采和消耗等问题日益突出。随着世界经济对石油需求的不断增加，常规石油资源已不能满足石油需求的快速增长，因此必须提高对非常规石油资源的加工利用程度。油砂，又称沥青砂或焦油砂，属于非常规石油资源，是一种含有沥青或焦油的砂或砂岩，通常是由砂、沥青、矿物质、粘土和水组成的混合物，其中沥青含量为3％～20％，砂和粘土占80％～85％，水占3％～6％。世界上油砂资源分布广泛，油砂资源量占石油储量的30％，储量相当丰富，据统计世界油砂资源折合成重油为300～600Gt(G为10⁹)，远远大于世界天然石油的探明储量。我国也是油砂矿资源丰富的国家之一，初步估算油砂有千亿吨，可采石油资源量100×10⁸t左右，居世界第五位。

在加拿大等油砂储量丰富的国家已经具备了一定的开采和加工技术。相对于油砂的开采技术而言，油砂的后续加工技术比较落后，且成本较高。当前对油砂加工利用主要采取一种间接方案，即：油砂中的沥青油(也称油砂沥青)先经过物理分离过程从油砂中抽提出来，然后经过沥青油改质得到合成原油。油砂沥青的抽提方法主要有3种：热碱水抽提、超声波抽提和溶剂抽提。(1)热碱水抽提主要包括两个阶段：浸煮阶段，即油砂与热碱水接触，在一定的温度、反应时间及机械动力作用下，油砂沥青从固体砂粒表面上被剥落下来；浮选阶段，在浮选池中通过鼓入空气，使油砂沥青液滴从池底浮到池体上部，大部分砂粒则沉到底部，从而使油与砂得到有效的分离。(2)超声波法，此方法是将粉碎的油砂在容器中与水混合，利用超声波能量破坏砂粒、水和沥青界面之间的作用力，从而达到将沥青从砂粒表面剥离的目的。此法与碱水抽提法类似，同样面临将沥青从水、砂界面分离及沥青和粘土分离问题。(3)溶剂抽提法，溶剂法抽提油砂沥青的原理在于有机溶剂对沥青的溶解作用，常用的溶剂有甲苯、氯仿、吡啶、轻烃等。溶剂抽提法能将砂粒表面的沥青完全分离、回收率不受油砂显微结构的影响，但存在溶剂回收问题。

以上对油砂的间接处理方案，虽然可以回收一部分烃类物质，获取一定的经济效益，但也存在一定的不足，如，油砂的抽提分离、油砂沥青的改质以及合成原油的运输过程中都需要消耗大量的水以及天然气资源，因此水和天然气的价格波动及其供应的情况也对油砂的生产产生一定的影响。环保标准的提高也是影响油砂抽提的一个因素。油砂抽提过程中将会产生大量的污水和分离出来的沙子，由于其中含有一定量的化学试剂和矿物质，因此这些废弃物的二次污染及处理也是一个值得注意的问题。

专利CN1778870A介绍了一种直接从油砂中回收烃油的方法及其专用设备，其特点是：将油砂送入密闭的转窑或塔式容器中，再以机械转动的方式或以无氧喷吹的方式对密闭容器中流动的油砂进行搅拌使其呈散状，向容器内注入温度为400～500℃的无氧气体或对容器直接进行加热，使容器内的油砂达到400～500℃的温度而使油砂中的油气化，油气从容器内流出后，经冷却至常温回收烃油。该方法对油砂进行一次直接气化处理，对环境无任何污染，但该方法不适合于大规模连续生产。

发明内容

本发明的目的在于，为油砂类固体非常规石油资源的加工利用提供一种直接流化床焦化的方法和装置，以克服现有抽提技术的二次污染及气化技术难于大规模连续生产的问题。

本发明的目的可通过下列技术方案实现：

新鲜油砂原料预热后，通过加料器加入焦化反应器中，与来自密相烧焦反应器的高温热砂混合、换热后进行焦化反应。焦化反应器下部通入干气作为流化介质，加之焦化过程自身产生的气体的流化作用，强化了新鲜油砂原料与高温热砂的混合及换热，促进了焦化反应的进行。焦化过程产生的气体油品经旋风分离器除尘后进入后续的分馏及吸收稳定系统。

焦化反应后的附焦油砂进入汽提器，采用干气或蒸汽汽提掉油砂表面或微孔中携带的油气，汽提后的气体引入焦化反应器中，附焦油砂颗粒引入稀相烧焦管中。

稀相烧焦管底部通入预热的空气，为了提高烧焦温度及烧焦效果，在稀相烧焦管下部补入一定量的煤粉或焦粉，并在稀相烧焦管高度适当位置补入二次空气，气体携带着油砂及煤粉(或焦粉)颗粒混合物边燃烧边上行，经提升管出口进入密相烧焦反应器中继续烧焦。在密相烧焦反应器中，烧焦后的热砂一部分作为固体热载体进入焦化反应器，另一部分热砂进入外取热器，经外取热器取热后排出。烟气经旋风分离器除尘后进入后续的能量回收及净化系统。

在本发明的方法中，焦化反应器内的表观气速为0.3～1.8m/s，新鲜油砂与固体热载体(热砂)混合后的焦化反应温度为370～600℃；汽提器的表观气速为0.05～0.5m/s；稀相烧焦管的表观气速为2～20m/s，燃烧温度为600～850℃；稀相烧焦管内油砂的质量流率与新补入的煤粉(或焦粉)的质量流率之比为1∶(0.05～2)；二次空气补入量与一次空气量之比为(0.1～2)∶1；密相烧焦反应器内表观气速为0.3～1.8m/s，烧焦温度为600～850℃。

为了实现上述油砂直接流化床焦化的方法，本发明设计的油砂直接流化床焦化的装置至少包括：加料器、焦化反应器、汽提器、稀相烧焦管、密相烧焦反应器、外取热器及旋风分离器。经预热的新鲜油砂原料注入焦化反应器，与来自密相烧焦反应器的固体热载体(热砂)混合、换热，并进行焦化反应。反应后的油气经旋风分离器除尘后引入后续的分馏和吸收稳定系统，焦化后的油砂引入汽提器；汽提后的气体引入焦化反应器，汽提后的附焦油砂进入稀相烧焦管烧焦，气体携带着附焦油砂和新补入的煤粉(或焦粉)的混合物边燃烧边上行，由稀相烧焦管出来的气体和油砂进入密相烧焦反应器中，烟气由旋风分离器除尘后引入后续的换热和净化系统，油砂颗粒在密相烧焦反应器中继续进行烧焦反应。烧焦后的热砂一部分进入焦化反应器充当热载体，为焦化反应提供热量，另一部分热砂经外取热器取热后排出。

所述的加料器至少有两组，一组用于把新鲜油砂原料加入焦化反应器，另一组用于把焦粉(或煤粉)补入稀相烧焦管。

所述的焦化反应器为一个密相流化床，上部沉降空间可设置成扩径形式，并设置多级旋风分离器，焦化后的油气经旋风除尘后引出。在密相段底部设置流化气体分布器。外部通过一根带控制阀的斜管与密相烧焦反应器相连。

所述的汽提器设置在焦化反应器的下部，在汽提器的下部通过一根带控制阀的斜管与稀相烧焦管相连。汽提器可以为密相气固环流床的形式，也可以为其它带有挡板或锥盘等构件的密相流化床的形式。

所述的密相气固环流床形式的汽提器在焦化反应器的正下方，与焦化反应器同轴布置。在环流床内设置导流筒，在导流筒下方设置汽提气分布器；焦化反应器下部连接的一根中心下料管插入气固环流床的导流筒中；汽提器上方与焦化反应器之间设置多孔筛板，用于把汽提过的气体引入焦化反应器中，多孔筛板按倒锥形布置，中心下料管颗粒入口与筛板倒锥形下部连接并连通。

所述的带有挡板或锥盘等构件的密相流化床汽提器在焦化反应器的下方，可同轴布置也可并列布置，与焦化反应器通过一根带控制阀的斜管相连。在汽提器下部设有汽提气体分布器，在汽提器密相部分设有挡板或锥盘等构件，在汽提器上部设有一根与焦化反应器相连的管线，把汽提过的气体引入焦化反应器中。

所述的稀相烧焦管上部与密相烧焦反应器相连，二者可同轴布置，也可并列布置；稀相烧焦管中部设置二次空气喷嘴，下部通过带控制阀的斜管与汽提器相连，并在底部设置一次空气分布器。稀相烧焦管可以采取快速床操作，也可以采取输送床操作。

所述的密相烧焦反应器与稀相烧焦管相连，密相段底部设置气体分布器，由此进入的空气既可作为流化介质，同时又起到辅助烧焦的作用。密相烧焦反应器的沉降空间采取扩径形式，沉降空间上部设置多级旋风分离器，烟气经除尘后引出。密相烧焦反应器通过一根带控制阀的斜管与外取热器相连。当设置用于煤粉(或焦粉)预热的混合换热罐时，在密相烧焦反应器密相段下部设置一根带控制阀的斜管与混合换热罐相连。

所述的混合换热罐作为一种可选的实施方式，主要用于预热补入稀相烧焦管的煤粉(或焦粉)，上部通过带控制阀的管线与密相烧焦反应器相连，中部与煤粉(或焦粉)加料器相连，下部通过带控制阀的斜管与稀相烧焦管相连。

所述的外取热器通过带控制阀的斜管与密相烧焦反应器相连，内部设置取热盘管，来自密相烧焦反应器的热砂待取热后由下部的卸料口排出。

本发明与现有技术相比，存在明显的优点在于：

(1)经过焦化-烧焦反应后的砂子不含化学试剂，对环境无污染，并且可以进一步作为建筑材料使用。

(2)由于采取成熟的流化床技术，使得油砂通过一次加工即可得到各馏分油，整个加工过程连续进行，适合于大规模生产。

(3)采用固体热载体为焦化原料换热。消耗热量的焦化过程和产生热量的烧焦过程分别在两个不同的设备中进行，避免了燃烧产物中大量不可燃成分(如氮气、二氧化碳等)进入焦化产品中，从而提高了焦化产品的品质。

(4)流化或汽提用的干气可从自身焦化产物中得到，蒸汽可通过系统热量回收得到，空气或原料预热都可利用系统自身提供的热量，因此，整个系统能量综合利用率高。

附图说明

图1是油砂直接流化床焦化的装置实施例1的结构示意图；

图2是油砂直接流化床焦化的装置实施例2的结构示意图；

图3是油砂直接流化床焦化的装置实施例3的结构示意图；

具体实施方式

如图1～3，为了实现上述油砂直接流化床焦化的方法，本发明设计的油砂直接流化床焦化的装置主要包括：加料器7和17、焦化反应器6、汽提器4、稀相烧焦管16、密相烧焦反应器10和外取热器14。加料器7与焦化反应器6相连，在焦化反应器6上部沉降空间设置多级旋风分离器8，汽提器4设置在焦化反应器6下部，利用带控制阀2的斜管把汽提器4与稀相烧焦管16连接起来。稀相烧焦管16上方出口与密相烧焦反应器10相连，密相烧焦反应器10上部沉降空间设置多级旋风分离器9，下部通过带控制阀11的斜管与焦化反应器6相连，通过带控制阀13的斜管与外取热器14相连。经预热的新鲜油砂原料注入焦化反应器6，与来自密相烧焦反应器10的固体热载体(热砂)混合、换热，并进行焦化反应。反应后的油气经旋风分离器8除尘后引入后续的分馏和吸收稳定系统，油砂引入汽提器4；汽提后的气体引入焦化反应器6，汽提后的附焦油砂进入稀相烧焦管16下部，在稀相烧焦管16底部引入热空气进行烧焦，为提高烧焦温度及烧焦效率，通过加料器17向稀相烧焦管16内加入适量的煤粉(或焦粉)，由稀相烧焦管16出来的气体和烧掉部分焦炭的油砂进入密相烧焦反应器10中，烟气由旋风分离器9除尘后引入后续的换热和净化系统，烧掉部分焦炭的油砂颗粒在密相烧焦反应器10中继续进行烧焦反应。在密相烧焦反应器10下部，一部分烧焦后的热砂进入焦化反应器6充当热载体，另一部分烧焦后的热砂经外取热器14取热后排出。

焦化产品中的重油馏分或其它劣质重油也可注入焦化反应器6中与新鲜油砂原料一同进行焦化反应。这部分重油馏分在焦化反应器中一方面起到流化介质的作用，一方面可以溶解油砂中的沥青等有机物，提高油砂焦化反应效率。

装置需要的部分气体介质可由系统自身得到的气体产品提供，焦化产品中干气的一部分可作为焦化反应器6的流化介质，相比用其它气体作流化介质，用干气可以减少焦化产品中杂质，提高焦化产品的品质；外取热器14产生蒸汽的一部分可作为汽提器4的汽提介质。

稀相烧焦管16内可以采取快速床操作，也可以采取输送床操作；沿高度向上适当位置可补入二次空气，补入二次空气的目的主要是强化烧焦反应，提高烧焦温度和烧焦效率。

在本发明的方法中，焦化反应器6内的表观气速为0.3～1.8m/s，新鲜油砂与固体热载体(热砂)混合后的焦化反应温度为370～600℃；汽提器4的表观气速为0.05～0.5m/s；稀相烧焦管16的表观气速为2～20m/s，燃烧温度为600～850℃；稀相烧焦管16内油砂的质量流率与新补入的煤粉(或焦粉)质量流率之比为1∶(0.05～2)；二次空气补入量与一次空气量之比为(0.1～2)∶1；密相烧焦反应器10内表观气速为0.3～1.8m/s，烧焦温度为600～850℃。

下面通过几个具体的实施例并结合附图来详细说明本发明。

实施例1

参见附图1，本实施例的油砂直接流化床焦化装置包括：焦化反应器6、环流汽提器4、稀相烧焦管16、密相烧焦反应器10、外取热器14、加料器7和17、旋风分离器8和9、混合换热罐23、莲蓬头式分布器21、控制阀2，11，13，15，22和24、气体分布器1，3，5和12、导流筒18、中心下料管19、筛板20。加料器7与焦化反应器6相连，在焦化反应器6上部沉降空间设置旋风分离器8，下部设置流化气体分布器5，正下方同轴设置环流汽提器4，在焦化反应器6与环流汽提器4之间设置倒锥形筛板20，筛板20中心连接中心下料管19，筛板20一方面起到支撑焦化反应器6中物料的作用，另一方面用于把环流汽提器4中气体引入焦化反应器6中。在环流汽提器4中设置导流筒18，中心下料管19插入导流筒18中，在导流筒18下方设置汽提蒸汽分布器3，由于导流筒18及导流筒18外环隙中存在密度差，因此由中心下料管19进入环流汽提器4中的油砂颗粒可在导流筒18内外形成颗粒环流，使得油砂颗粒多次与汽提蒸汽接触，从而大大提高了汽提效率。在环流汽提器4下部通过一根带有控制阀2的斜管连接到稀相烧焦管16的下部预提升段。稀相烧焦管16与焦化反应器6并列布置，在稀相烧焦管16沿高度向上设有二次空气喷嘴。稀相烧焦管16出口设置莲蓬头式分布器21，莲蓬头式分布器21伸入密相烧焦反应器10中。密相烧焦反应器10与稀相烧焦管16同轴布置，在其上方沉降空间内设置旋风分离器9，下部设有助燃空气分布器12。密相烧焦反应器10的密相部分与焦化反应器6的密相部分通过一根带控制阀11的斜管相连，用于输送固体热载体。密相烧焦反应器10的密相部分与外取热器14的密相部分通过一根带控制阀13的斜管相连，用于输送烧焦后的热砂；外取热器14内部设有取热盘管，下部连有带控制阀15的卸料管。密相烧焦反应器10下部通过一根带控制阀22的管线与混合换热罐23相连，混合换热罐23的作用是用来自密相烧焦反应器10的热砂给新补入的煤粉(或焦粉)加热，混合换热罐23外侧连有煤粉(或焦粉)加料器17，下部通过一根带控制阀24的斜管与稀相烧焦管16的预提升段相连，在稀相烧焦管16的预提升段底部设置一次助燃空气分布器1。

本实施例的具体流程为：新鲜原料油砂预热后通过加料器7加入焦化反应器6，与来自密相烧焦反应器10的固体热载体(热砂)混合，固体热载体注入量通过调节控制阀11的开度控制。在焦化反应器6下部通入干气作为流化气体，在流化状态下，新鲜原料油砂与固体热载体充分接触并快速换热，在一定的温度下进行焦化反应，反应后的油气经多级旋风分离器8除尘后进入后续的分馏和吸收稳定系统。焦化反应后附有焦炭和油气的油砂颗粒通过中心下料管19进入环流汽提器4的导流筒中，由于颗粒环流，油砂上携带的油气被充分汽提出来，汽提后的气体通过筛板20进入焦化反应器6中，汽提后的附有焦炭的油砂颗粒经斜管进入稀相烧焦管16的预提升段，与来自混合换热罐23的煤粉(或焦粉)混合，其混合比例通过调节控制阀2和24的开度控制，在一次助燃空气的提升下，边燃烧边上行，在上行过程中不断与二次空气接触，从而提高了油砂上焦炭的燃烧效率。在稀相烧焦管16出口，气体和颗粒通过莲蓬头式分布器21进入密相烧焦反应器10中继续烧焦。密相烧焦反应器10下部通入助燃空气，烧焦后的烟气经旋风分离器9除尘后进入后续的换热和净化系统。烧焦后的热砂，一部分进入焦化反应器6充当热载体为焦化反应提供热量，一部分进入混合换热罐23，对预补入稀相烧焦管16的煤粉(或焦粉)进行加热，进入混合换热罐的热砂量由控制阀22控制，换热后的煤粉(或焦粉)和砂子混合物注入稀相烧焦管16的预提升段；密相烧焦反应器10中的其余热砂进入外取热器14，进入量通过控制阀13调节，换热后的砂子经控制阀15调节后排出。

在本实施例中，焦化反应器6内的表观气速为0.3～1.8m/s，新鲜油砂与固体热载体(热砂)混合后的焦化反应温度为370～600℃；环流汽提器4导流筒18中的表观气速为0.05～0.5m/s；稀相烧焦管16的表观气速为7～20m/s，燃烧温度为600～850℃；稀相烧焦管16内油砂的质量流率与新补入的煤粉(或焦粉)的质量流率之比为1∶(0.05～2)；二次空气补入量与一次空气量之比为(0.1～2)∶1；密相烧焦反应器10内表观气速为0.3～1.8m/s，烧焦温度为600～850℃。

实施例2

参见附图2，本实施例的油砂直接流化床焦化装置包括：焦化反应器6、汽提器4、稀相烧焦管16、密相烧焦反应器10、外取热器14、加料器7和17、旋风分离器8和9、控制阀2，11，13，15和19、气体分布器1，3，5和12、挡板18和快速分离器20。加料器7与焦化反应器6相连，在焦化反应器6外侧设有劣质重油喷嘴，上部沉降空间设置旋风分离器8，下部设置流化气体分布器5。焦化反应器6下方通过带控制阀19的斜管与汽提器4相连，在汽提器4内部设置挡板18，其作用是延长颗粒与汽提气体接触的时间，在汽提器下方设置汽提蒸汽分布器3。在汽提器4底部通过一根带有控制阀2的斜管连接到稀相烧焦管16的下部。稀相烧焦管16与焦化反应器6一侧并列布置，在稀相烧焦管16沿高度向上设有二次空气喷嘴。稀相烧焦管16上部出口连有快速分离器20。密相烧焦反应器10与稀相烧焦管16同轴布置，在其上方沉降空间内设置旋风分离器9，下部设有助燃空气分布器12。密相烧焦反应器10的密相部分与焦化反应器6的密相部分通过一根带控制阀11的斜管相连，用于输送固体热载体。密相烧焦反应器10的密相部分与外取热器14的密相部分通过一根带控制阀13的斜管相连，用于输送烧焦后的热砂；外取热器14内部设有取热盘管，下部连有带控制阀15的卸料管。稀相烧焦管16下部外侧与煤粉(或焦粉)加料器17相连，底部设置一次助燃空气分布器1。

本实施例的具体流程为：新鲜原料油砂预热后通过加料器7加入焦化反应器6，同时还通过劣质重油喷嘴加入预热的劣质重油，二者与来自密相烧焦反应器10的固体热载体(热砂)混合并进行换热，固体热载体注入量通过调节控制阀11的开度控制。在焦化反应器6下部通入干气作为流化气体，在流化状态下，新鲜原料油砂和劣质重油的混合物与固体热载体充分接触并快速换热，在一定的温度下进行焦化反应，反应后的油气经多级旋风分离器8除尘后进入后续的分馏和吸收稳定系统。焦化反应后携带油气的附焦油砂颗粒通过带控制阀19的斜管引入汽提器4中，由于内部设置挡板，附焦油砂上携带的油气被充分汽提出来，汽提后的气体通过管线引入焦化反应器6中，汽提后的附焦油砂颗粒经斜管进入稀相烧焦管16的下部，与来自加料器17的预热后的煤粉(或焦粉)混合，在一次助燃空气的提升下，边燃烧边上行，在上行过程中不断与二次空气接触，从而提高了油砂上焦炭的燃烧效率。在稀相烧焦管16出口，气体和颗粒经过快速分离器分离，颗粒进入密相烧焦反应器10中继续烧焦。密相烧焦反应器10下部通入助燃空气，烧焦后的烟气经旋风分离器9除尘后进入后续的换热和净化系统。烧焦后的热砂，一部分进入焦化反应器6充当热载体为焦化反应提供热量，一部分进入外取热器14，进入量通过控制阀13调节，换热后的砂子经控制阀15调节后排出。

在本实施例中，焦化反应器6内的表观气速为0.3～1.8m/s，新鲜油砂与固体热载体(热砂)混合后的焦化反应温度为370～600℃；汽提器4中的表观气速为0.05～0.5m/s；稀相烧焦管16的表观气速为2～7m/s，燃烧温度为600～850℃；稀相烧焦管16内油砂的质量流率与新补入的煤粉(或焦粉)质量流率之比为1∶(0.05～2)；二次空气补入量与一次空气量之比为(0.1～2)∶1；密相烧焦反应器10内表观气速为0.3～1.8m/s，烧焦温度为600～850℃。实施例3

参见附图3，本实施例的油砂直接流化床焦化装置包括：焦化反应器6、环流汽提器4、稀相烧焦管16、密相烧焦反应器10、外取热器14、加料器7和17、旋风分离器8和9、控制阀2，11，13和15、气体分布器1，3，5和12、导流筒18、中心下料管19、筛板20。加料器7与焦化反应器6相连，在焦化反应器6外侧设置劣质重油进料喷嘴，上部沉降空间设置旋风分离器8，下部设置流化气体分布器5，正下方同轴设置环流汽提器4，在焦化反应器6与环流汽提器4之间设置倒锥形筛板20，筛板20中心连接中心下料管19，筛板20一方面起到支撑焦化反应器6中物料的作用，另一方面用于把环流汽提器4中气体引入焦化反应器6中。在环流汽提器4中设置导流筒18，中心下料管19插入导流筒18中，在导流筒18下方设置汽提蒸汽分布器3，由于导流筒18及导流筒18外环隙中存在密度差，因此由中心下料管19进入环流汽提器4中的油砂颗粒可在导流筒18内外形成颗粒环流，使得油砂颗粒多次与汽提蒸汽接触，从而大大提高了汽提效率。在环流汽提器4下部通过一根带有控制阀2的斜管连接到稀相烧焦管16的下部预提升段。稀相烧焦管16与焦化反应器6并列布置，在稀相烧焦管16沿高度向上设有二次空气喷嘴。稀相烧焦管16出口通过一根水平管伸入密相烧焦反应器10中。密相烧焦反应器10与稀相烧焦管16并列布置，在其上方沉降空间内设置旋风分离器9，下部设有助燃空气分布器12。密相烧焦反应器10的密相部分与焦化反应器6的密相部分通过一根带控制阀11的斜管相连，用于输送固体热载体。密相烧焦反应器10的密相部分与外取热器14的密相部分通过一根带控制阀13的斜管相连，用于输送烧焦后的热砂；外取热器14内部设有取热盘管，下部连有带控制阀15的卸料管。稀相烧焦管16预提升段与煤粉(或焦粉)加料器17相连，预提升段底部设置一次助燃空气分布器1。

本实施例的具体流程为：新鲜原料油砂预热后通过加料器7加入焦化反应器6，同时还通过劣质重油喷嘴加入预热的劣质重油，二者与来自密相烧焦反应器10的固体热载体(热砂)混合，固体热载体注入量通过调节控制阀11的开度控制。在焦化反应器6下部通入干气作为流化气体，在流化状态下，新鲜油砂原料和劣质重油与固体热载体充分接触并快速换热，在一定的温度下进行焦化反应，反应后的油气经多级旋风分离器8除尘后进入后续的分馏和吸收稳定系统。焦化反应后携带油气的附焦油砂颗粒通过中心下料管19进入环流汽提器4的导流筒中，由于颗粒环流，油砂上携带的油气被充分汽提出来，汽提后的气体通过筛板20进入焦化反应器6中，汽提后的附焦油砂颗粒经斜管进入稀相烧焦管16的预提升段，与来自加料器17的预热后的煤粉(或焦粉)混合，在一次助燃空气的提升下，边燃烧边上行，在上行过程中不断与二次空气接触，从而提高了油砂上焦炭的燃烧效率。在稀相烧焦管16上方，气体和颗粒通过水平管后进入密相烧焦反应器10，气体和颗粒分离后，颗粒在密相烧焦反应器10中继续烧焦。密相烧焦反应器10下部通入助燃空气，烧焦后的烟气经旋风分离器9除尘后进入后续的换热和净化系统。烧焦后的热砂，一部分进入焦化反应器6充当热载体为焦化反应提供热量，一部分热砂进入外取热器14，进入量通过控制阀13调节，换热后的砂子经控制阀15调节后排出。

在本实施例中，焦化反应器6内的表观气速为0.3～1.8m/s，新鲜油砂与固体热载体(热砂)混合后的焦化反应温度为370～600℃；导流筒18中的表观气速为0.05～0.5m/s；稀相烧焦管16的表观气速为7～20m/s，燃烧温度为600～850℃；稀相烧焦管16内油砂的质量流率与新补入的煤粉(或焦粉)的质量流率之比为1∶(0.05～2)；二次空气补入量与一次空气量之比为(0.1～2)∶1；密相烧焦反应器10内表观气速为0.3～1.8m/s，烧焦温度为600～850℃。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1、一种油砂直接流化床焦化的方法，包括：

新鲜油砂原料预热后，通过加料器加入焦化反应器中，与来自密相烧焦反应器的高温热砂混合、换热后进行焦化反应。焦化过程产生的气体油品经旋风分离器除尘后进入后续的分馏系统。焦化反应后的附焦油砂进入汽提器，汽提掉表面或微孔中的油气后引入稀相烧焦管中。在稀相烧焦管中烧掉部分焦炭后又进入密相烧焦反应器继续烧焦，烧掉焦炭的热砂一部分引入焦化反应器，另一部分引入外取热器，经换热后排出。在生焦量低、烧焦放热不足时，可通过向烧焦管内引入燃烧油、煤粉或焦粉的方式来维持系统的热平衡。

2、根据权利要求1所述的油砂直接流化床焦化的方法，其特征在于，所述的焦化反应器内采用干气作为流化介质，除可加入单一油砂颗粒进行焦化反应外，还可以通入劣质重油，使其与油砂的混合物进行焦化反应。

3、根据权利要求1所述的油砂直接流化床焦化的方法，其特征在于，所述的稀相烧焦管要补入一定量的煤粉(或焦粉)及二次空气，以此来提高烧焦效率及热砂温度，进行烧焦的油砂质量流率与新补入的煤粉(或焦粉)质量流率之比为1∶(0.05～2)；二次空气补入量与一次空气量之比为(0.1～2)∶1。

4、根据权利要求1所述的油砂直接流化床焦化的方法，其特征在于，所述的焦化反应器内表观气速为0.3～1.8m/s，新鲜油砂原料与固体热载体(热砂)混合后的焦化反应温度为370～600℃；汽提器的表观气速为0.05～0.5m/s；稀相烧焦管的表观气速为2～20m/s，燃烧温度为600～850℃；密相烧焦反应器内表观气速为0.3～1.8m/s，烧焦温度为600～850℃。

5、一种油砂直接流化床焦化的装置，至少包括：加料器、焦化反应器、汽提器、稀相烧焦管、密相烧焦反应器、外取热器及旋风分离器。加料器与焦化反应器相连，在焦化反应器上部沉降空间设置多级旋风分离器，汽提器设置在焦化反应器下部，利用带控制阀的斜管把汽提器与稀相烧焦管连接起来，稀相烧焦管上方出口与密相烧焦反应器相连，密相烧焦反应器上部沉降空间设置多级旋风分离器，下部通过带控制阀的斜管与焦化反应器相连，通过另一带控制阀的斜管与外取热器相连。

6、根据权利要求5所述的油砂直接流化床焦化的装置，其特征在于，所述的焦化反应器为一个密相流化床，上部沉降空间可设置成扩径形式，并设置多级旋风分离器。在密相段底部设置流化气体分布器。外部通过一根带控制阀的斜管与密相烧焦反应器相连。

7、根据权利要求5所述的油砂直接流化床焦化的装置，其特征在于，所述的汽提器设置在焦化反应器的下部，在汽提器的下部通过一根带控制阀的斜管与稀相烧焦管相连。汽提器可以为密相气固环流床的形式，也可以为其它带有挡板或锥盘等构件的密相流化床的形式。

8、根据权利要求5所述的油砂直接流化床焦化的装置，其特征在于，所述的稀相烧焦管上部与密相烧焦反应器相连，二者可同轴布置，也可并列布置；同轴布置时，稀相烧焦管出口可以采用莲蓬头式分布器的形式，莲蓬头式分布器设置在密相中，也可以采用气固快速分离器的形式，快速分离器要设置在密相上方。稀相烧焦管中部设置二次空气喷嘴，下部通过带控制阀的斜管与汽提器相连，并在底部设置一次空气分布器。

9、根据权利要求5所述的油砂直接流化床焦化的装置，其特征在于，所述的密相烧焦反应器下部与稀相烧焦管相连，密相段底部设置气体分布器，由此进入的空气既可作为流化介质，同时又起到辅助烧焦的作用。密相烧焦反应器的沉降空间采取扩径形式，沉降空间上部设置多级旋风分离器。密相烧焦反应器通过一根带控制阀的斜管与外取热器相连。当设置用于煤粉(或焦粉)预热的混合换热罐时，在密相段的下部设置一根带控制阀的斜管与混合换热罐相连。所述的混合换热罐作为一种可选的实施方式，主要用于预热补入稀相烧焦管的煤粉(或焦粉)，上部通过带控制阀的管线与密相烧焦反应器相连，中部与煤粉(或焦粉)加料器相连，下部通过带控制阀的斜管与稀相烧焦管相连。

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