CN102093913B - 水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法 - Google Patents

水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，将一定量的甘油溶于碱的水溶液中，然后与重油一起经换热器预热后送入反应器中进行反应，反应后产物经换热器冷却，然后进行分离，分离出气相组分、液相组分和油相组分；气相组分主要成分为氢气，经提纯可用于重油的催化加氢处理；液相组分主要为乳酸盐，经提纯、酸化得到乳酸；油相组分经换热器加热后进入分馏塔处理，得到重油的轻质化产物，汽油、柴油和燃料油等。与现有技术相比，本发明在实现甘油水热转化为乳酸的同时，利用甘油水热反应产生的氢同时达到了轻质化重油的目的，还具有节能、环保、脱硫、氮和金属杂质的作用。

Description

水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法
技术领域
本发明涉及废物资源化技术和能源领域，尤其是涉及一种水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法。
背景技术
地球上石油等化石资源是地面上有机废物缓慢沉降到地下，在地下高温高压环境以及微生物的作用下经过漫长的地质年代而逐渐形成的。从自然界碳循环的角度来看，人类过度开采使用化石能源打破了漫长地质年代形成的碳循环平衡，从而引发了一系列由于气候异常而带来的自然灾害。因此，为了节约资源和改善环境，人类必须节约利用现有的化石资源、开发新能源，以及将地面上的有机物质快速转化成资源，从而达到人类社会的可持续发展。
目前，石油仍是人类社会发展不可替代的能源之一，随着原油的重质化和对轻质油需求的增长，发展重油的深度转化、增加轻质油产量将是炼油行业主要的发展方向之一。已开发的重油处理技术包括：延迟焦化技术、催化裂化技术、溶剂脱沥青技术、减粘裂化技术和重油加氢技术等方法或其组合工艺。这些工艺技术具有各自不同的优缺点，但从炼制高品质油品的角度来看，重油加氢工艺已成为重油轻质化的重要发展方向。
生物柴油是近年来人们开发的一种可以替代石化能源的可再生清洁燃料，作为一种清洁、可再生的能源，受到世界各国的普遍重视。近年来，在包括我国在内的世界范围内生物柴油的产量快速上升。随着生物柴油产量的迅速增加，占生物柴油产量10％的副产物甘油的产量也快速增加。因此，开发合理的环境友好的新型技术将生物柴油的副产物甘油转化高附加值的产品已经变的尤其重要。虽然目前可以通过化学催化或者生物发酵等方法将生物柴油副产物甘油资源化，但是化学催化方法必须使用贵金属或者金属氧化物作为催化剂，而生物发酵方法的周期较长。
近年来，水热技术以其独特的优点，作为反应媒介在许多领域得到研究和应用。已有研究表明，利用水热技术可高效、快速地将甘油直接转化为乳酸，同时产生氢气。因此，本专利提出一种水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，在甘油水热转化为乳酸的同时，利用这个转化过程中产生的氢将重油轻质化，同时得到乳酸和重油的轻质化产品。
水热技术在重油改质方面的应用，中国专利CN 200610026906.6公开了一种超临界水改质减压渣油制备轻质油的方法，该方法与热裂化相比基本避免了重油的结焦反应，但由于反应体系中氢分压较低，对其它劣质重油的处理，效果仍不理想。中国专利CN 200810228351.2公开了一种在供氢溶剂的超临界或亚临界条件下改质重油的方法，由于使用供氢溶剂，生产成本较高，降低了该方法实际应用的可行性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轻质化重油、节能、环保的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将甘油溶于碱的水溶液中，然后将溶有甘油的碱溶液和重油按1∶1～1∶10的体积比混合得到混合反应物，并经预热器对其进行预热；
(2)预热后的混合反应物送入水热反应器中，控制温度为200～350℃，压力为2～25MPa，处理0.3～6h；
(3)对处理后的产物经换热器换热降温后进行气、水和油三相分离，气体组分中主要含氢气，进行吸附回收利用；
(4)采用水油分离器进行水相和油相的分离，得到产物乳酸盐溶液；
(5)油相组分经换热器预热后进入分馏塔处理，不同馏分经换热器冷却后得到重油的轻质化产物。
所述的甘油为工业纯的甘油或生物柴油生产的副产物甘油。
所述的碱为氨水、Ca(OH)2、NaOH或KOH。
所述的碱的水溶液中，碱的浓度为0.1～20wt％，甘油的浓度为1～70wt％。
所述的重油为重质原(稠)油、油砂、油母页岩或渣油中的一种或几种。
步骤(1)中所述的预热器的温度为100～200℃，该预热器采用步骤(5)中分馏时产生的余热。
所述的水热反应器为高压釜式反应器或连续流管式反应器。
所述的氢气采用变压吸附法进行吸附回收利用。
所述的水油分离器为重力式水油分离器。
步骤(5)中油相进入分馏塔前的预加热采用步骤(2)中水热反应器产生的余热。
与现有技术相比，本发明将水热转化甘油为乳酸过程中产生的氢，直接应用到重油的氢化中。在由甘油得到产物乳酸的同时，实现了重油的轻质化，并有效降低了重油的结焦率，部分脱除了重油中的杂质，在实现甘油水热转化为乳酸的同时，利用甘油水热反应产生的氢同时达到了轻质化重油的目的，还具有节能、环保、脱硫、氮和金属杂质的作用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1-4
在高压釜反应器中，按和水的质量百分比加入碱NaOH，20wt％，甘油70wt％，然后再按1∶1的体积比与减压重油混合，放入反应器中。反应温度200℃，压力2Mpa，反应不同时间后取出，用水冷却至室温。产物分析结果见表1。
表1
Figure BSA00000415470900031
实施例5-7
在高压釜反应器中，按和水的质量百分比加入碱NaOH，20wt％，甘油70wt％，然后再按1∶1的体积比与减压重油混合，放入反应器中。压力2Mpa，在不同温度下反应时间3h，产物分析结果见表2。
表2
Figure BSA00000415470900041
实施例8-10
在高压釜反应器中，按和水的质量百分比加入碱NaOH，20wt％，甘油70wt％，然后再按1∶10的体积比与减压重油混合，放入反应器中。反应温度350℃，反应时间3h，通过不同填充率改变压力条件，产物分析结果见表3。
表3
Figure BSA00000415470900042
实施例11-14
在高压釜反应器中，按和水的质量百分比加入碱20wt％，甘油70wt％，然后再按1∶10的体积比与减压重油混合，放入反应器中。反应温度350℃，压力2Mpa，时间3h，在使用不同碱的条件下产物分析结果见表4。
表4
Figure BSA00000415470900043
实施例15
使用连续流管式反应器，实验条件同实施例11-14，碱选用NaOH，反应后产物分析结果见表5。
表5
实施例16
水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其工艺流程如图1所示，该方法包括以下步骤：
(1)将工业纯的甘油溶于NaOH的水溶液中，得到混合溶液1，其中甘油的浓度为1wt％，NaOH的浓度为0.1wt％，然后将混合溶液1和重油2按1∶5的体积比在混合器3中混合得到混合反应物，使用的重油2为重质原油，并经预热器4对其进行预热，预热温度为100～200℃；
(2)预热后的混合反应物送入水热反应器5中，该水热反应器5为高压釜式反应器，控制水热反应器5的温度为300℃，压力为25MPa，处理0.3h；
(3)对处理后的产物经换热器6换热降温后采用分离器7进行气、水和油三相分离，气体组分中主要含氢气8，采用变压吸附法进行吸附回收利用；
(4)采用水油分离器9进行水相和油相的分离，水油分离器9为重力式水油分离器得到产物乳酸盐溶液10；
(5)油相组分经换热器11采用步骤(2)中水热反应器5产生的余热进行预热后进入分馏塔12处理，不同馏分经换热器13冷却后得到重油的轻质化产物，包括汽油、柴油、燃料油等，分馏时产生的余热供给步骤(1)中预热器4使用。

Claims (8)

1.水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将甘油溶于碱的水溶液中，然后将溶有甘油的碱溶液和重油按1：1～1：10的体积比混合得到混合反应物，并经预热器对其进行预热；
（2）预热后的混合反应物送入水热反应器中，控制温度为200～350℃，压力为2～25MPa，处理0.3～6h；
（3）对处理后的产物经换热器换热降温后进行气、水和油三相分离，气体组分中主要含氢气，进行吸附回收利用；
（4）采用水油分离器进行水相和油相的分离，得到产物乳酸盐溶液；
（5）油相组分经换热器预热后进入分馏塔处理，不同馏分经换热器冷却后得到重油的轻质化产物；
所述的碱为氨水、Ca(OH)2、NaOH或KOH；所述的碱的水溶液中，碱的浓度为0.1～20wt%，甘油的浓度为1～70wt%。
2.根据权利要求1所述的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，所述的甘油为工业纯的甘油或生物柴油生产的副产物甘油。
3.根据权利要求1所述的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，所述的重油为重质原油、重质稠油、油砂、油母页岩或渣油中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的预热器的温度为100～200℃，该预热器采用步骤（5）中分馏时产生的余热。
5.根据权利要求1所述的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，所述的水热反应器为高压釜式反应器或连续流管式反应器。
6.根据权利要求1所述的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，所述的氢气采用变压吸附法进行吸附回收利用。
7.根据权利要求1所述的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，所述的水油分离器为重力式水油分离器。
8.根据权利要求1所述的水热共处理甘油和重油同时得到乳酸和轻质化油的方法，其特征在于，步骤（5）中油相进入分馏塔前的预加热采用步骤（2）中水热反应器产生的余热。
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