CN104449804B - 劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，由焦炭颗粒再生器(10)，高温焦炭颗粒提升系统(9)，劣质重油或沥青残渣进料系统，劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)构成。劣质重油或沥青残渣经过雾化，通过进料段喷入罐式沉降反应器，与反应器中的处于流化状态的高温焦炭颗粒接触混合并发生热裂解反应，产生的油气经过气固分离后进入油气管线。焦炭颗粒表面结焦，进入再生器再生，恢复原始颗粒直径并且升温，然后进入沉降反应器。焦炭颗粒再生产生的高温烟气的富余热量可以用来驱动燃气轮机发电。本发明提出的方法简单易行，将现有的中小催化裂化装置进行改造，投资小，即可对劣质重油或重油残渣进行流化焦化加工。本发明提出的方法简单易行，将现有的中小催化裂化装置进行改造，投资小，即可对劣质重油或重油残渣进行流化焦化加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种将重油萃取后的脱油残渣液相进料的流化焦化方法，属于石油化工技术领域。
背景技术
随着国民经济的发展，对石油产品的需求与日俱增。常规原油的储量有限，价格不断上升，难以满足经济发展对石油能源的需求。而劣质重油的储量是常规原油的10倍以上，且价格较为便宜，是常规原油未来的替代能源。但是用现有的石油加工技术难以处理劣质重油，业界提出了加工劣质重油的新技术和新工艺。专利CN200510080799和CN201110145021提出一种新工艺，首先将劣质重油进行超临界萃取梯级分离，将重油中的胶质和沥青萃取等残渣萃取出来，可以得到质量较好的脱沥青油，用现有石油加工技术进行加工。而沥青残渣，通过流化焦化方法进行热加工，可以进一步得到50％左右的液体产品。用这种新工艺路线，不但扩大了石油原料的来源，而且具有比用现有技术加工重油高得多的液体产品收率。
重油残渣的密度和粘度大，雾化和汽化困难，采用类似催化裂化的进料技术和提升管反应器，会在提升管反应器中产生严重的结焦现象，影响工艺正常进行。流化焦化中进行的是重油残渣的热裂解，热媒介是流化的高温焦炭颗粒，反应时间比催化裂化中的催化裂解长得多，因此流化焦化的反应器与催化裂化早期的反应器类似，即采用大容积的罐式沉降反应器。液相重油残渣的进料是其中要解决的关键问题之一。
为了避免反应器壁面结焦并使进料与高温颗粒均匀混合，专利CN201180010646.2提出了一种进料技术，采用了采用大容积的罐式沉降反应器，并在沉降反应器的四周多层进料，每层布置几十个喷嘴，将渣油从壁面水平喷向沉降器内部的高温焦炭颗粒。这种方法可以避免重油残渣在器壁的结焦，但是由于喷嘴众多(数百个)，每个喷嘴的处理量较小，进料喷雾射流的穿透距离短(几十厘米)，难以穿透半径数米的沉降器内的高温颗粒，在沉降反应器中难以分布均匀，沉降器中部的高温颗粒难以与新鲜进料接触，这对反应过程是不利的。并且沉降器四周多层布置数百个进料喷嘴，不可避免对装置的制造、安装、操作和维护带来不利影响。
发明内容
本发明的目的是，为重油残渣的加工提供一种液相进料的流化焦化方法，以解决现有方法中存在的问题。本发明提出的一种劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，其特征是：由焦炭颗粒再生器(10)，高温焦炭颗粒提升系统(9)，劣质重油或沥青残渣进料系统，劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)构成，可以使沥青残渣仍然产生约50％的液体产品；其中劣质重油或沥青残渣进料系统包含进料段弯管(7)、进料段直管(6)和进料喷嘴(5)，进料喷嘴(5)安装在进料段直管(6)中；进料段直管(6)和进料段弯管(7)的直径与高温焦炭颗粒提升系统(9)的直径d相同，也可以进行变径，具有与高温焦炭颗粒提升系统(9)不同的直径。
所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法中，焦炭颗粒再生器(10)带有主风供给和控制的焦炭颗粒烧焦系统，其内部带有烧焦烟气与焦炭的二级气固分离系统(8)；在焦炭颗粒再生器(10)中，焦炭颗粒处于流化状态进行烧焦再生，表面结焦变大的焦炭颗粒，通过烧焦烧去表面的积碳，尺寸减小，并使焦炭颗粒温度上升，升温的焦炭颗粒通过再生焦炭颗粒斜管(11)流出焦炭颗粒再生器(10)，进入高温焦炭颗粒提升系统(9)，然后进入劣质重油或沥青残渣进料系统。
所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法中，高温焦炭颗粒提升系统(9)是一个直径为d的竖直圆管，下部与再生焦炭颗粒斜管(11)连接，上部与劣质重油或沥青残渣进料系统连接，其高度取决于再生焦炭颗粒斜管(11)与劣质重油或沥青残渣进料系统的高度差，可将再生焦炭颗粒斜管(11)来自于焦炭颗粒再生器(10)的再生高温焦炭颗粒提升至劣质重油或沥青残渣进料系统。
所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法中，进料段直管(6)的直径d1的范围为0.5d-3.0d，其长度L1范围为1.0d-10.0d；进料段直管(6)不一定水平放置，而是与水平面有个夹角B，B的范围在±45°；进料段弯管(7)的直径d2与进料段直管(6)的直径d1相同，范围为0.5d-3.0d，其转弯半径R范围为2.0d-15.0d。
所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法中，劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)是一个带有直管段和锥段的圆截面容器，其下部带有流化风和汽提气的分布器以及待生焦炭颗粒输送管(13)，中上部装有劣质重油或残渣进料系统，其内部带有油气与焦炭的反应器气固分离系统(4)。
所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法中，进料喷嘴(5)的数目是一个或多个，当进料喷嘴数目为多个时，布置方式为沿轴向对称布置或非对称布置；进料喷嘴(5)的轴线与进料段直管(6)的轴线之间有一个夹角A，夹角A在5°-45°的范围；进料喷嘴(5)出口与劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)器壁的距离L2范围为0.2d-10.0d。本发明的技术通过以下方式实现，在再生烧焦罐中烧焦升温后的高温焦炭颗粒，经过输送和提升后，在劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)的中上部入口进入劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)。在高温颗粒进入劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)的进料段直管(6)处，设置1-8个液相进料喷嘴(5)。新鲜进料在高温颗粒的必经之处与高温焦炭颗粒接触、混合，经过进料段直管(6)较短的距离后立即进入劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)空间，在劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)中的流化状态下进行热裂解反应。由于进料在所有高温颗粒的必经之处与之接触，然后通过流化分布于反应器，故原料与高温颗粒接触和混合比较均匀。此外由于进料后进料段直管(6)管线的距离较短，在与进料喷嘴(5)的布置方式和喷射角度良好匹配后，不与器壁接触，可以避免残渣在器壁上结焦。同时进料系统较为简单，对制造、安装、操作和维护较为有利。
在劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)内，进料后的残渣原料与高温焦炭颗粒混合换热，并进行热解反应。热解反应产生的油气，经过劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)内的一级和二级旋风分离器与固体颗粒分离，然后进入分馏系统分离。残渣中的焦炭，结于热媒体焦炭颗粒的表面，使焦炭颗粒的直径增大，经过汽提之后，焦炭颗粒离开劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)，进入焦炭颗粒再生器(10)烧焦，通过控制空气量，烧去焦炭颗粒表面一层，焦炭颗粒直径变小，燃烧热使焦炭颗粒升温，高温焦炭颗粒通过输送和提升，再次送入劣质重油或沥青残渣焦化反应器3，如此进行连续的操作过程。
附图说明
图1是本发明提出的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法的工艺路线图。
图1中，1.反应器汽提段，2.焦化反应区，3.劣质重油或沥青残渣焦化反应器，4.反应器气固分离系统，5.进料喷嘴，6.进料段直管，7.进料段弯管，8.再生器气固分离系统，9.高温焦炭颗粒提升系统，10.焦炭颗粒再生器，11.再生焦炭颗粒斜管，12.主风控制系统，13.待生焦炭颗粒输送管。
图2是劣质重油或沥青残渣进料系统的局部放大示意图。
具体实施方式
图1和图2示出一种劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化系统，由焦炭颗粒再生器(10)，高温焦炭颗粒提升系统(9)，劣质重油或沥青残渣进料系统，劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)构成，可以使沥青残渣仍然产生约50％的液体产品；其中劣质重油或沥青残渣进料系统包含进料段弯管(7)、进料段直管(6)和进料喷嘴(5)，进料喷嘴(5)安装在进料段直管(6)中；进料段直管(6)和进料段弯管(7)的直径与高温焦炭颗粒提升系统(9)的直径d相同，也可以进行变径，具有与高温焦炭颗粒提升系统(9)不同的直径。
参考图1和图2，焦炭颗粒再生器(10)带有主风供给和控制的焦炭颗粒烧焦系统，其内部带有烧焦烟气与焦炭的二级气固分离系统(8)；在焦炭颗粒再生器(10)中，焦炭颗粒处于流化状态进行烧焦再生，表面结焦变大的焦炭颗粒，通过烧焦烧去表面的积碳，尺寸减小，并使焦炭颗粒温度上升，升温的焦炭颗粒通过再生焦炭颗粒斜管(11)流出焦炭颗粒再生器(10)，进入高温焦炭颗粒提升系统(9)，然后进入劣质重油或沥青残渣进料系统。
参考图1和图2，高温焦炭颗粒提升系统(9)是一个直径为d的竖直圆管，下部与再生焦炭颗粒斜管(11)连接，上部与劣质重油或沥青残渣进料系统连接，其高度取决于再生焦炭颗粒斜管(11)与劣质重油或沥青残渣进料系统的高度差，可将再生焦炭颗粒斜管(11)来自于焦炭颗粒再生器(10)的再生高温焦炭颗粒提升至劣质重油或沥青残渣进料系统。
参考图1和图2，进料段直管(6)的直径d1的范围为0.5d-3.0d，其长度L1范围为1.0d-10.0d；进料段直管(6)不一定水平放置，而是与水平面有个夹角B，B的范围在±45°；进料段弯管(7)的直径d2与进料段直管(6)的直径d1相同，范围为0.5d-3.0d，其转弯半径R范围为2.0d-15.0d。
参考图1和图2，劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)是一个带有直管段和锥段的圆截面容器，其下部带有流化风和汽提气的分布器以及待生焦炭颗粒输送管(13)，中上部装有劣质重油或残渣进料系统，其内部带有油气与焦炭的反应器气固分离系统(4)。
参考图1和图2，进料喷嘴(5)的数目是一个或多个，当进料喷嘴数目为多个时，布置方式为沿轴向对称布置或非对称布置；进料喷嘴(5)的轴线与进料段直管(6)的轴线之间有一个夹角A，夹角A在5°-45°的范围；进料喷嘴(5)出口与劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)器壁的距离L2范围为0.2d-10.0d。
本发明提出的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化系统的使用过程，例如可以是，焦炭颗粒再生器(10)中烧焦再生的高温焦炭颗粒通过再生焦炭颗粒斜管(11)和高温焦炭颗粒提升系统(9)到达进料段弯管(7)，转向进入进料段直管(6)，进料段直管(6)上安置进料喷嘴(5)，进料喷嘴(5)将劣质重油雾化，并喷入进料段直管(6)，与高温焦炭颗粒接触、混合并换热，经过进料段直管(6)的较短距离后进入劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)，焦炭颗粒在劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)中处于流化状态，在进料段与焦炭颗粒接触混合的原料，与焦炭颗粒同时流化、进一步混合换热，在劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)的焦化反应区(2)进行焦化反应。热裂解后得到相当比例的油气，其余部分在焦炭颗粒表面结焦。反应得到的油气上升，经过反应器气固分离系统(4)将固体颗粒分离后，进入油气管，进行下一步的处理，可以得到干气，液化气，汽柴油等产品。而表面结焦，直径变大的焦炭颗粒，经过沉降器下部的反应器汽提段(1)，经蒸汽汽提后，通过待生焦炭颗粒输送管(13)，送入焦炭颗粒再生器(10)再生。
焦炭颗粒在焦炭颗粒再生器(10)中再生烧焦时处于流化状态，通过主风控制系统(12)，控制烧焦量和烧焦温度，烧去焦炭颗粒表面一层，使焦炭颗粒升温，直径减小。达到工艺温度的高温焦炭颗粒，通过再生焦炭颗粒斜管(11)和高温焦炭颗粒提升系统(9)，输送至进料段弯管(7)，转向进入进料段直管(6)，新鲜原料通过进料喷嘴(5)雾化喷入进料段直管(6)，与高温焦炭颗粒接触、混合并换热，然后进入劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)，如此进行连续的流化焦化操作。
由于重力作用，进料段直管(6)中催化剂颗粒会有向下沉降的趋势，因此进料段直管(6)不一定水平放置，而是与水平面有个夹角B，B的范围在±45°。经过高温焦炭颗粒提升系统(9)输送的焦炭颗粒，经过进料段弯管(7)转向时，向外的离心力与重力相互抵消，从而保证在进料段直管(6)的截面上较为均匀的分布，使进料与焦炭颗粒能够均匀接触、混合、换热。进料段弯管(7)的转弯半径、转弯角度，与颗粒的输送量、管道中的速度相协调。进料段直管(6)的直径为d，其长度L1在1.0d-10.0d范围。进料段弯管(7)的直径与进料段直管(6)相同，其转弯半径R在2.0d-15.0d的范围。
劣质重油或残渣进料后，雾化和汽化较为困难，容易在器壁上结焦，因此进料喷嘴(5)的轴线与进料段直管(6)的轴线之间有一个夹角A，夹角A的范围是5°-45°。进料喷嘴(5)出口与劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)器壁的距离L2范围为0.2d-10.0d。
本发明中，由于原料进料在循环高温颗粒的必经之处，全部原料与所有进入劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)的高温焦炭颗粒充分接触、混合，然后在沉降器中流化，进一步混合，可以有较均匀的分布和接触，对反应有利。同时结构较为简单，制造、安装、操作和维护较为容易。原先催化裂化的操作方法和经验大部分仍然可用，人员培训和熟悉操作可以更快。
烧焦得到的带压高温烟气，经过再生器气固分离系统(8)除去固体颗粒后，可用于驱动烟气轮机，带动发电机发电。
本发明提出的方法简单易行，将现有的中小催化裂化装置进行改造，投资小，即可对劣质重油或重油残渣进行流化焦化加工。
Claims (6)
1.一种劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，其特征是：由焦炭颗粒再生器(10)，高温焦炭颗粒提升系统(9)，劣质重油或沥青残渣进料系统，劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)构成，使沥青残渣仍然产生50％的液体产品；其中劣质重油或沥青残渣进料系统包含进料段弯管(7)、进料段直管(6)和进料喷嘴(5)，进料喷嘴(5)安装在进料段直管(6)中；进料段直管(6)和进料段弯管(7)的直径与高温焦炭颗粒提升系统(9)的直径d相同，也可以进行变径，具有与高温焦炭颗粒提升系统(9)不同的直径。
2.根据权利要求1所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，其特征是：焦炭颗粒再生器(10)带有主风供给和控制的焦炭颗粒烧焦系统，其内部带有烧焦烟气与焦炭的二级气固分离系统(8)；在焦炭颗粒再生器(10)中，焦炭颗粒处于流化状态进行烧焦再生，表面结焦变大的焦炭颗粒，通过烧焦烧去表面的积碳，尺寸减小，并使焦炭颗粒温度上升，升温的焦炭颗粒通过再生焦炭颗粒斜管(11)流出焦炭颗粒再生器(10)，进入高温焦炭颗粒提升系统(9)，然后进入劣质重油或沥青残渣进料系统。
3.根据权利要求1所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，其特征是：高温焦炭颗粒提升系统(9)是一个直径为d的竖直圆管，下部与再生焦炭颗粒斜管(11)连接，上部与劣质重油或沥青残渣进料系统连接，其高度取决于再生焦炭颗粒斜管(11)与劣质重油或沥青残渣进料系统的高度差，可将再生焦炭颗粒斜管(11)来自于焦炭颗粒再生器(10)的再生高温焦炭颗粒提升至劣质重油或沥青残渣进料系统。
4.根据权利要求1所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，其特征是：进料段直管(6)的直径d1的范围为0.5d-3.0d，其长度L1范围为1.0d-10.0d；进料段直管(6)不一定水平放置，而是与水平面有个夹角B，B的范围在±45°；进料段弯管(7)的直径d2与进料段直管(6)的直径d1相同，范围为0.5d-3.0d，其转弯半径R范围为2.0d-15.0d。
5.根据权利要求1所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，其特征是：劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)是一个带有直管段和锥段的圆截面容器，其下部带有流化风和汽提气的分布器以及待生焦炭颗粒输送管(13)，中上部装有劣质重油或残渣进料系统，其内部带有油气与焦炭的反应器气固分离系统(4)。
6.根据权利要求1所述的劣质重油或沥青残渣液相进料的流化焦化方法，其特征是：进料喷嘴(5)的数目是一个或多个，当进料喷嘴数目为多个时，布置方式为沿轴向对称布置或非对称布置；进料喷嘴(5)的轴线与进料段直管(6)的轴线之间有一个夹角A，夹角A在5°-45°的范围；进料喷嘴(5)出口与劣质重油或沥青残渣焦化反应器(3)器壁的距离L2范围为0.2d-10.0d。
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