CN106866334A - 沥青质的热等离子体裂解处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种沥青质的热等离子体裂解处理方法，包括如下步骤：a)劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，通过雾化装置，喷入热等离子体反应器；b)在所述热等离子体反应器中，与氢热等离子体射流混合反应，反应获得裂解产物；c)所述裂解产物通过气固快分装置，获得固相产品和温度1600～2000K的气相产品；所述固相产品为固态碳材料；d)所述气相产品进入淬冷装置，获得到含有乙炔、氢气和甲烷的裂解气。该发明适用于劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质的处理，可以实现沥青质的高效转化，产生固态碳材料、乙炔和氢气等高附加值产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质的热等离子体裂解处理工艺，属于石油化工领域。
背景技术
随着全球石油资源的重质化和劣质化，针对重质油的深度加工和高效利用的技术需求日益增长。溶剂脱沥青技术是重油轻质化的有效手段：通过分离重油原料中的沥青质和重金属等杂质，可获得脱沥青油(deasphalted oil,DAO)，从而达到油品升级的目的。但该工艺产生的大量脱油沥青(deoiled asphalt,DOA)，采用传统化工转化手段难以高效利用，已成为制约现有工艺发展的重要瓶颈之一，并显著影响溶剂脱沥青过程的整体效益。
热等离子体可提供超高温的极端反应条件，从而能够实现常规化学转化手段难以处理原料的高效转化。针对液态烃、煤、焦油等多种原料的热等离子体转化利用，国内外科研机构和企业已开展了广泛的实验研究和工业探索。德国Huels公司和美国DuPont公司于上世纪分别建成兆瓦级烃类裂解装置；Chen和Beiers等针对汽油、柴油、液体石蜡以及部分烃类模型化合物进行了热等离子体实验探究。上世纪60到70年代，Bond和Nickolson等则首先完成了煤的热等离子体转化试验。此后，美国AVCO公司于1985年完成了1MW中试规模试验，初步证实了过程的工业可行性。从2006年开始，清华大学与新疆天业(集团)有限公司开展合作，在热等离子体煤裂解制乙炔过程的研究中，针对煤裂解过程机理和大型兆瓦级反应器的优化和放大等问题，展开了系统的实验研究和理论模拟分析。
由于中国炼油能力的迅速提升，产生的沥青质的量也大幅增长。沥青质是石油中最复杂的组分，其组成中含有丰富的碳氢元素，借助热等离子体裂解的反应形式，将其转化为乙炔、乙烯等石油工业的小分子原料，将使其成为一种具有工业应用潜力的重要资源，创造显著的经济价值。本发明提出了一种针对劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质的热等离子体转化新方法，将富含碳氢的沥青质原料高效转化为乙炔并副产氢气、甲烷等气体产物，固态产物可以进一步用于制备碳材料等。该发明可拓展热等离子体热化学转化工艺的应用范围，并在消纳重油加工残余沥青质的同时，实现其高价值转化，补充以劣质重油为原料的石油炼制产业链，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对劣质重油溶剂脱沥青过程产生的沥青质，将脱油沥青质通过甲烷或者氩气等惰性气体通过雾化输送，进入热等离子体裂解反应器进行高温裂解反应，产生固态碳材料和富含乙炔、氢气和甲烷的气态产物；气固两相产品经过气固快分装置，分离得到固态的碳材料；气体产物通过物理淬冷或者化学淬冷的方式，进行气相产品的快速冷却和部分高位能量的回收，从而获得富含乙炔、氢气和甲烷等气体的裂解产品。基于该工艺，可以有效实现沥青质向高附加值产品的转化，实现高效综合利用。
本发明提供一种沥青质的热等离子体裂解处理方法，包括如下步骤：
a)劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，通过雾化装置，喷入热等离子体反应器；
b)在所述热等离子体反应器中，与氢热等离子体射流混合反应，反应获得裂解产物；
c)所述裂解产物通过气固快分装置，获得固相产品和温度1600～2000K的气相产品；所述固相产品为固态碳材料；
d)所述气相产品进入淬冷装置，获得到含有乙炔、氢气和甲烷的裂解气。
本发明所述的沥青质的热等离子体裂解处理方法，其中，所述热等离子体反应器优选为下行床的反应器形式。
本发明所述的沥青质的热等离子体裂解处理方法，其中，优选的是，所述淬冷装置采用物理淬冷或者化学淬冷；所述化学淬冷的物质为氢气及C5以下气态烷烃的单一或其混合气体；所述物理淬冷的物质为纯水、气相冷凝水或循环水。
本发明具有以下优点：
(1)本发明所述工艺中避免了对气固混合物的同时冷却，仅需要对气体(含少量固体)进行急冷，提高冷却效率；
(2)本发明所述的工艺中使用物理或化学淬冷，避免裂解产物中的乙炔发生分解反应。
附图说明
图1：劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质的热等离子体裂解处理工艺流程示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
热等离子体反应器：
在本发明中，对热等离子体反应器并无特别限定，通常热等离子体反应器优选为下行床的反应器形式；选用下行床的反应器形式的优势是气固接触好，停留时间均匀易控。
淬冷装置：
在本发明中，对淬冷装置并无特别限定，通常所述淬冷装置采用物理淬冷或者化学淬冷；所述化学淬冷的物质为氢气及C5以下气态烷烃的单一或其混合气体；所述物理淬冷的物质为纯水、气相冷凝水或循环水。
如图1所示，重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，通入热等离子体裂解反应器进行高温裂解反应，产生固态碳材料和富含乙炔、氢气和甲烷的气态产物；气固两相产品经过气固快分装置，分离得到固态的碳材料；气体产物通过物理淬冷或者化学淬冷的方式，进行气相产品的快速冷却和部分高位能量的回收，从而获得富含乙炔、氢气和甲烷等气体的裂解产品。
实施例1
重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，以高温液相的形式，通过CH4雾化输送进入热等离子体反应器。该反应器为下行床反应器，反应器直径100mm，长度600mm。热等离子体炬采用氢气作为工作气体，输入功率为2.0MW，炬氢气流量为75kg/h，氢等离子体的平均温度超过3000K，中心区域温度为5000K。裂解产物温度为1800K，裂解产物进入快速分离装置(已有技术中专利ZL00105781.2公开的气固分离装置)，气体停留时间为80ms，固相停留时间为分离效率75％。气体出口分离的气体即气相中间产品进入急冷装置，用循环水进行物理快速冷却，降至室温(从而终止产物的热分解，提高裂解气中乙炔含量，避免高温下乙炔发生分解反应)，得到体积含量为20％的乙炔气体混合物(富含C2H2、CH4和H2的裂解气)。
实施例2
重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，以高温液相的形式，通过Ar雾化输送进入热等离子体反应器。热等离子体炬采用氢气作为工作气体，输入功率为2.5MW，氢气流量为80kg/h，氢等离子体的平均温度超过3000K，中心区域温度为6000K。裂解产物温度为2000K，裂解产物进入快速分离装置(已有技术中专利ZL00105781.2公开的气固分离装置)，气体停留时间为80ms，固相停留时间为分离效率75％。气体出口分离的气体即气相中间产品进入急冷装置，用丙烷进行快速冷却，降至室温(从而终止产物的热分解，提高裂解气中乙炔含量，避免高温下乙炔发生分解反应)，得到乙炔体积含量为15％和乙烯体积含量为6％气体混合物(富含C2H2、CH4、C2H4和H2的裂解气)。
实施例3
重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，以高温液相的形式，通过CH4雾化输送进入热等离子体反应器。热等离子体炬采用氢气作为工作气体，输入功率为1.5MW，炬氢气流量为70kg/h，氢等离子体的平均温度超过3000K，中心区域温度为5000K。裂解产物温度为1600K，裂解产物进入快速分离装置(已有技术中专利ZL00105781.2公开的气固分离装置)，气体停留时间为80ms，固相停留时间为分离效率75％。气体出口分离的气体即气相中间产品进入急冷装置，用丙烷和乙烷混合物(摩尔分数各50％)进行快速冷却，降至室温(从而终止产物的热分解，提高裂解气中乙炔含量，避免高温下乙炔发生分解反应)，得到乙炔体积含量为12％和乙烯体积含量为8％气体混合物(富含C2H2、CH4、C2H4和H2的裂解气)。
实施例4
重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，以高温液相的形式，通过CH4雾化输送进入热等离子体反应器。热等离子体炬采用氢气作为工作气体，输入功率为1.5MW，炬氢气流量为70kg/h，氢等离子体的平均温度超过3000K，中心区域温度为5000K。裂解产物温度为1600K，裂解产物进入快速分离装置(已有技术中专利ZL00105781.2公开的气固分离装置)，气体停留时间为80ms，固相停留时间为分离效率75％。气体出口分离的气体即气相中间产品进入急冷装置，用氢气进行快速冷却，降至室温(从而终止产物的热分解，提高裂解气中乙炔含量，避免高温下乙炔发生分解反应)，得到乙炔体积含量为18％和乙烯体积含量为2％气体混合物(富含C2H2、CH4、C2H4和H2的裂解气)。
Claims (3)
1.一种沥青质的热等离子体裂解处理方法，包括如下步骤：
a)劣质重油溶剂脱沥青工艺产生的沥青质，通过雾化装置，喷入热等离子体反应器；
b)在所述热等离子体反应器中，与氢热等离子体射流混合反应，反应获得裂解产物；
c)所述裂解产物通过气固快分装置，获得固相产品和温度1600～2000K的气相产品；所述固相产品为固态碳材料；
d)所述气相产品进入淬冷装置，获得到含有乙炔、氢气和甲烷的裂解气。
2.根据权利要求1所述的沥青质的热等离子体裂解处理方法，其特征在于，所述热等离子体反应器为下行床的反应器形式。
3.根据权利要求1或2所述的沥青质的热等离子体裂解处理方法，其特征在于，所述淬冷装置采用物理淬冷或者化学淬冷；所述化学淬冷的物质为氢气及C5以下气态烷烃的单一或其混合气体；所述物理淬冷的物质为纯水、气相冷凝水或循环水。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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