CN102453512A

CN102453512A - 一种重油和煤共裂解的加工方法

Info

Publication number: CN102453512A
Application number: CN2011100744821A
Authority: CN
Inventors: 朱丙田; 侯栓弟; 王亚民; 申海平; 张占柱; 武雪峰; 王树青
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: CN102453512B

Abstract

一种重油和煤共裂解的加工方法，该方法包括以下步骤：(1)重油和煤粉在裂解器内与来自燃烧器的高温焦粉接触并反应，生成裂解油气和半焦、焦炭等固体产物，气固分离后，分离出的油气进入后续分离系统，分离出的固体产物进入燃烧器。(2)燃烧器内，来自裂解器的固体产物和引入的含氧气体接触燃烧，产生的热量使其自身温度得以升高，得到高温焦粉和烟气，气固分离后，一部分高温焦粉重复利用，另一部分充分燃烧后排出装置。采用本发明提供的所述方法实现了煤裂解、重质油裂解和煤气化的联合生产，从而大大节省了煤裂解、重质油裂解和煤气化过程中的能量消耗。

Description

一种重油和煤共裂解的加工方法

技术领域

本发明涉及一种重质油和煤共裂解的加工方法。

背景技术

我国是贫油富煤的国家，原油日趋重质化、劣质化，有些原油中的重质组分残炭和金属含量均很高，用传统的加工方法很难高效地对其进行综合利用；同时，我国的煤炭资源极为丰富，其可开采储量占世界的49.6％，而其中烟煤产量约占全国煤炭总产量的75％。目前我国能源消费量的76％是煤炭，主要用于直接燃烧。从而使其中所含的化工资源无法得到有效利用。

煤气化和煤液化是由煤制得气体燃料、合成气以及液体燃料的重要方法，此外还有一种更经济的方法：煤干馏法，即将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，也叫煤的焦化。煤干馏过程主要经历如下变化：当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出来，温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出，高达350℃以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象)；至400-500℃大部分煤气和焦油析出，称为一次热分解产物；在450-550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；高于550℃，半焦继续分解，析出余下的挥发物(主要成分是氢气)半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃，半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在干馏炉内进行时，一次热分解产物与炽热焦炭及高温炉壁接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物。

干馏终温低于700℃为低温干馏，干馏终温高于900℃称为炼焦或高温干馏。低温干馏可以获得焦油、煤气和半焦。高温干馏主要获得焦炭。与原煤相比，半焦含有的污染物少于原煤，对环境保护有利。对于单位热量来说，煤焦油和煤气比半焦具有更高的经济价值。低温干馏煤焦油和煤直接加氢液化第一阶段所得油料的性质大致相似，煤焦油再加氢精制可得燃料油，与液化相比，成本相对较低。

我国煤炭资源丰富，原煤除部分用于炼焦、转化加工外，绝大部分用于直接燃烧。将煤直接燃烧不但热效率低、对环境的破坏严重，而且煤中具有较高经济价值的富氢组分得不到合理利用。因此，开发出把煤炭转化为洁净燃料和多种化工产品的工艺过程具有重要的现实意义。中国石油资源短缺，煤的高效、综合利用在一定程度上可以减少对进口石油、天然气的依赖。因此，在将原煤燃烧之前，使其在较温和的条件下提取出部分液体燃料和精细化学品具有重要的意义。例如，CN 101016482A中公开了一种以热解为第一级的粉煤分级洁净多联利用技术，包括原煤加工制备、热解、燃烧或气化，热解工序上设有煤化工分离净化系统，其中，原煤经加工制备后以一定粒度的粉煤进入热解工序进行热解，热解后的气相产物进入煤化工分离净化系统，获得高附加值的烃类化工产品、净煤气；热解后的固相产物半焦粉的后续工艺如下选择：(1)进入燃烧工序燃烧，利用热能发电、供热；(2)进入气化工序气化，生产合成原料气；(3)同时分别进入燃烧工序燃烧、气化工序气化。

目前处理重质油常用的工艺是延迟焦化，该工艺通过使重质油热裂化得到部分焦化汽油、焦化柴油、焦化馏分油、气态烃及焦炭等产品。该工艺中，由于重质油需要在高温下经过较长的时间通过热裂化生成较轻的油品，当原料残炭很高时，生焦量很大。为了解决这一问题，已经开发了反应温度较高、停留时间较短的重质油裂解工艺。例如，CN 1504404A公开了一种炼油与气化相结合的工艺方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)石油烃与焦炭转移剂在反应器内接触、反应；(2)分离生成的反应油气和反应后积炭的焦炭转移剂，反应油气送入后续烃类产品分离系统，积炭的焦炭转移剂经汽提后送至气化炉；(3)在气化炉内，积炭的焦炭转移剂与水蒸汽和含氧气体在气化条件下接触，以生成合成气体，同时使积炭的焦炭转移剂得到再生；(4)经步骤(3)再生后的焦炭转移剂返回步骤(1)所述的反应器中循环使用。

然而，在上述两篇专利文献中公开的煤裂解和重质油裂解的方法都需要外部供热，而且，所述煤裂解和重质油裂解过程中产生的固体产物的热量不能循环利用，从而导致热量回收效率不高。

发明内容：

本发明为了克服现有的煤裂解方法和重质油裂解方法各自存在的上述缺陷，提供了一种煤裂解和重质油共裂解的加工方法，采用该方法能够同时实现煤裂解和重质油裂解，同时使得煤裂解和重质油裂解过程中各自产生的固体产物能够作为热载体而循环使用，从而大大节省了能耗。

本发明提供了一种煤和重质油共裂解的加工方法，包括以下步骤：

(1)重油和煤粉在裂解器内与来自燃烧器的高温焦粉接触并反应，生成裂解油气和半焦、焦炭等固体产物，气固分离后，分离出的油气进入后续分离系统，分离出的固体产物进入燃烧器。

(2)燃烧器内，来自裂解器的固体产物和引入的含氧气体接触燃烧，产生的热量使其自身温度得以升高，得到高温焦粉和烟气，气固分离后，一部分高温焦粉重复利用，另一部分充分燃烧后排出装置。

本发明提供的煤和重质油共裂解的加工方法的有益效果为：

通过将重油裂解、煤粉裂解和焦粉燃烧供热三个过程结合起来，并形成循环的传质系统。在裂解器内，煤粉与来自燃烧器的高温焦粉混合升温，同时与喷入裂解器的重油接触，从而发生反应。重油和煤裂解的固体产物进入燃烧器与氧气发生反应，由于燃烧反应大量放热，使得燃烧器中未充分燃烧的固体产物吸收热量，提高温度；通过将所述未充分燃烧的高温焦粉循环至所述裂解反应器中，以对所述裂解反应器提供热量。因此，根据本发明提供的煤裂解和重质油裂解的联合生产方法成功实现了煤裂解、重质油裂解和煤气化的联合生产；同时，煤裂解和重质油裂解过程中产生的固体产物能够作为热载体循环使用，从而大大节省了生产过程中的能耗。另外，煤粉和重油一起共裂解可以明显提高裂解气和液体产物的收率，降低焦炭收率。

附图说明

附图为本发明提供的重油和煤共裂解的加工方法的流程图。

具体实施方式

如附图所示，本发明提供的重油和煤共裂解的加工方法是这样具体实施的，包括以下步骤：

本发明提供的方法中，步骤(1)中，所述重油和煤的裂解条件可以在常规的重油和煤裂解反应条件中适当地选择。优选情况下，所述裂解器中的操作温度为400-700℃、更优选为450-600℃，压力为0.1-20MPa、更优选为0.1-10MPa。在本发明中，所述压力是指绝对压力；所述裂解器操作温度是指裂解器内重油和煤炭与热载体接触时所处环境的温度，也即重油和煤炭与热载体混合后，二者发生热传递并达到平衡时的温度。

来自燃烧器的高温焦粉作为热载体为裂解器中重油裂解和煤粉裂解反应提供热量。热载体的温度为800-1200℃，可以通过调节引入裂解器的高温焦粉的量来调节裂解器的温度，通常煤炭与该热载体的重量比为1∶(1-10)，优选为1∶(2-8)。所述重质油与煤粉和热载体混合物的重量比为1∶(4-50)，优选为1∶(5-20)。

本发明提供的方法中，煤和重油在裂解条件下裂解反应生成油气、半焦和焦粉，所述半焦主要由煤裂解反应产生，所述焦粉主要来自进入所述裂解器中的高温焦粉和重油裂解产生的焦炭。来自燃烧器的高温焦粉在裂解器中传递热量，降低了温度，同时煤和重油裂解产生的焦炭部分附着在焦粉上，焦粉含碳量提高。所述油气主要包括裂解油和裂解气。

所述的煤和重油在裂解反应生成的油气、半焦和焦粉经气固分离后，分离得到的油气引入后续分离系统，进一步分离成水、裂解气、汽油、柴油和重油。所述分离的方法可以采用常规的方法实施，例如可以采用分馏塔，也可以根据各个不同组分的冷凝温度的不同，采用控温冷凝的方式进行分离。

在优选实施方式中，为使重油和煤炭能够更充分地裂解，根据本发明提供的方法还包括使煤炭在与热载体接触之前加热至100-350℃。重质油在进入裂解反应器之前加热至150-500℃，更优选加热至200-450℃。

在本发明中，所述煤炭可以为具有常规的颗粒直径的各种煤炭，优选情况下，所述煤炭的颗粒直径为0.05-2毫米。所述煤炭例如可以为泥炭、褐炭和烟煤中的至少一种。

在本发明中，所述重油可以为各种常规的重质油，例如可以为重质原油、常压渣油、常压蜡油、减压渣油、焦化蜡油、罐底油、脱沥青油、稠油和加氢裂化尾油中的至少一种。

本发明提供的方法中，步骤(1)可以在各种常规的反应器中实施，只要该反应器能够实现重油和煤的裂解反应即可，因此，所述的裂解器可以称为裂解反应器。所述煤裂解反应器例如可以为流化床反应器、提升管反应器、下行式反应器、移动床反应器或者它们的组合形式的反应器。

本发明提供的方法中，步骤(2)中，裂解器中分离出的固体产物半焦和焦粉引入燃烧器中，燃烧器中通入含氧气体，在燃烧的条件下，半焦和焦粉与氧气接触燃烧，放出大量的热，得到高温焦粉和烟气，其中焦粉的碳含量降低。所述烟气主要含有二氧化碳、一氧化碳和水。

根据本发明提供的方法，所述焦粉燃烧的条件可以在常规的煤燃烧条件中适当地选择。优选情况下，所述燃烧条件包括焦粉与和含氧气体接触的温度为800-1500℃、优选为800-1200℃，压力为0.1-20MPa、优选为0.1-10MPa。

本发明提供的方法中，步骤(2)可以在各种常规的反应器中实施，只要该反应器能够实现焦粉燃烧反应即可，因此，该反应器可以称为燃烧器，所述燃烧器例如可以为流化床反应器。

所述燃烧器焦粉燃烧苛刻度可根据裂解器所用热量的多少来确定，在满足反应系统供热后多余焦粉燃烧供热。在本发明中，对所述燃烧器烟气和固体颗粒分离后可用于烟气轮机发电或烟气锅炉进行换热。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明煤粉裂解和重质油油裂解，焦粉气化三个独立的过程耦合在一起，避免了外加载体的补充问题以及外加热载体和焦粉分离的问题，充分利用了能量，降低了能耗。重油和煤耦合裂解，提高了裂解气的收率，降低了焦炭的生成。另外，煤粉和重油一起共裂解可以明显提高裂解气和液体产物的收率，降低焦炭收率。

下面的实施例将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而使本发明受到任何限制。

对比例1

对比例1说明现有技术中煤粉裂解反应的过程和效果。

将颗粒直径为0.3-2毫米的煤粉(平均粒径1毫米，组成如下表1所示)加热至200℃，然后加入裂解反应器中，并与来自燃烧器的高温焦粉(温度为900℃)混合，煤粉和高温焦粉接触升温发生反应得到油气、半焦和焦粉。煤裂解反应器的温度调节为550℃，压力调节为0.3MPa。气固分离后，分离出的半焦和焦粉等固体产物进入燃烧器中，和含氧气体接触燃烧升温，燃烧器温度控制在950℃。分离出的油气引入后续分离系统进一步分离得到裂解气、汽油、柴油和重油。煤粉(山西煤)性质见表1，反应条件和产物组成见表3。

对比例2

对比例2说明现有技术中重油裂解反应的过程和效果。

热载体为粒径为70微米的惰性石英砂。预热到250℃的重油喷入裂解反应器，与来自燃烧器的热载体(温度为800℃)相接触，重油雾化升温、发生裂解反应生成油气和焦炭。裂解器温度控制为550℃，压力调节为0.3MPa。，重油裂解产生的固体产物——焦炭附着在热载体上，气固分离后，油气引入后续分离系统进一步分离得到裂解气、汽油、柴油和重油，分离出的附着了焦炭的热载体返回燃烧器与引入的含氧气体接触燃烧升温，燃烧器温度控制在850℃。重油(辽河稠油)性质见表2，反应条件和产物组成见表3。

对比例3

对比例3说明现有技术中煤粉和重油分别裂解的效果。

对比例3是在对比例1煤粉裂解反应、对比例2重油裂解反应试验数据的基础上，拟合煤粉和重油分别裂解，裂解油气经进一步分离，裂解产生的半焦、焦粉和焦炭等固体产物燃烧升温，为裂解反应器供热的效果。转化率和产品分布见表3。其中煤粉和重油的重量比为10∶1。

实施例

如附图所示，将100重量份的颗粒直径为0.3-2毫米的煤粉(组成如下表1所示)加热至200℃，然后加入裂解反应器中，并与来自燃烧器的热载体(温度为900℃，颗粒直径为0.05-3毫米)混合，同时向裂解反应器喷入10重量份的300℃重油，重油与煤粉和热载体接触发生反应。煤粉与热载体的重量比为1∶5，从而将所述煤裂解反应器的温度调节为550℃，压力调节为0.3MPa。经过裂解反应器处理后得到油气产物和固体产物。气固分离后，分离出的油气引入后续分离系统，进一步分离得到裂解气、汽油、柴油和重油等产品。

将来自裂解反应器的固体产物(温度为550℃)加入燃烧器中，并向其通入空气，以使该焦粉发生燃烧反应，燃烧器内的温度调节为1200℃。焦粉在燃烧器内燃烧同时升温，一部分高温焦粉返回裂解器充当热载体。其余高温焦粉充分燃烧产生的灰渣排出装置。烟气与焦粉分离后进入烟气锅炉进行换热。

煤粉性质见表1，重油性质见表2，油煤共裂解反应条件和产物分布见表3。且表3中油气分离出的气体的组成如下表4所示。

表1 煤的性质(wt％)

表2 重油的性质

项目
		密度(20℃)/g.cm^-3	1.07
运动粘度(80℃)/mm²·s^-1	3648
		残炭/w％	13.9
碳含量/w％	86.5
		氢含量/w％	10.9
硫含量/w％	0.9
		金属含量/μg.g^-1	180
馏分油含量/w％
		初馏点	263
5％	323
		10％	361
30％	460
		50％	530

表3 反应条件和产物分布

本发明提供的煤和重油共裂解的加工方法实现了煤裂解、重质油裂解和煤气化的联合生产。从表3可以看出，重油和煤共裂解与重油和煤分别裂解相比，裂解气收率提高1.8个百分点，液收提高1.4个百分点，焦炭收率降低3个百分点，另外，还简化了流程，具有更高的经济效益。

表4 裂解气组成

组分	wt％
		甲烷	10.3
乙烷	2.9
		乙烯	1.8
丙烷	1.7
		丙烯	2.2
C₄₊烃类	3.9
		氢气	0.9
二氧化碳	53.6
		一氧化碳	21.4
硫化氢	1
		氮气	0.3
总计	100

Claims

1.一种重油和煤共裂解的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)重油和煤粉在裂解器内与来自燃烧器的高温焦粉接触并反应，生成裂解油气和半焦、焦炭等固体产物，气固分离后，分离出的油气进入后续分离系统，分离出的固体产物进入燃烧器。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤(1)中所述裂解器的操作温度为400-700℃，压力为0.1-20MPa。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于步骤(1)中所述裂解器的操作温度为450-600℃，压力为0.1-10MPa。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于步骤(1)中所述煤粉与所述的高温焦粉的重量比为1∶(1-10)，所述重油与煤粉和高温焦粉混合物的重量比为1∶(4-50)。

5.按照权利要求4的方法，其特征在于步骤(1)中所述煤粉与所述的高温焦粉的重量比为1∶(2-8)，所述重油与煤粉和高温焦粉混合物的重量比为1∶(5-20)。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤(1)中所述裂解器选自：流化床反应器、提升管反应器、下行式反应器、移动床反应器以及上述反应一种或几种组合形式的反应器。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤(2)中所述燃烧器操作条件为：温度为800-1500℃，压力为0.1-20MPa。

8.按照权利要求7的方法，其特征在于步骤(2)中所述燃烧器操作条件为：温度为800-1200℃，压力为0.1-10MPa。

9.按照权利要求1的方法，其特征在于所述燃烧器选自：流化床反应器、提升管反应器、下行式反应器以及上述反应器的一种或几种组合形式的反应器。

10.按照权利要求1的方法，其特征在于所述重油选自重质原油、常压渣油、常压蜡油、减压渣油、焦化蜡油、罐底油、脱沥青油、稠油和加氢裂化尾油中的至少一种。

11.按照权利要求1的方法，其特征在于所述煤粉选自：泥炭、褐煤、烟煤中的一种或者一种以上的混合物。

12.按照权利要求1的方法，其特征在于所述燃烧器高温烟气可用于烟气轮机发电或烟气锅炉进行换热。