CN107573970A - 重质渣浆与含油污水联合气化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了重质渣浆与含油污水联合气化的方法。本发明方法中，将重质渣浆气化与含油污水处理联合进行，不仅能够使得石油资源得到合理有效的充分利用，减少污染物的排放，提高企业经济效益，同时，以含油污水为气化剂，也能够提高气化品质，综合利用高含油污水，实现企业的节能减排。

Description

重质渣浆与含油污水联合气化的方法

技术领域

本发明涉及重质渣浆气化和含油污水处理领域，具体而言，涉及重质渣浆与含油污水联合气化的方法。

背景技术

石油加工过程中，很多工艺过程都会产生不同类型的重质渣浆，例如催化渣浆、脱油沥青等都为常见的重质渣浆。而这些重质渣浆有一个共同的特点粘度大，重金属含量高，固含量高，成分复杂，深度利用困难，因此渣浆的综合利用对于提高油品价值而言，是至关重要的。

催化油浆过滤后会产生由油浆、反冲洗液、固体催化剂粉末、胶质，以及沥青质等成分所组成的渣浆。目前，炼厂通常将渣浆作为催化裂化的原料送回提升管反应器中进行回炼，但此方法一般会对催化裂化系统产生不良影响，因此，需要寻求催化渣浆其他的综合利用方法。

溶剂脱沥青技术能使渣油中的沥青质、金属等成分浓缩于沥青中，所得到的脱沥青油具有杂质含量低、加氢裂化性能好等特点，而由此所产生的副产品脱油沥青，则是一种需要综合利用的渣浆。

以上这些重质渣浆是较好的气化原料，而将烃质物料气化成合成气的方法和优点在工业上也是众所周知的，重质渣浆在气化炉的气化区(950-1650℃)气化生成以(CO+H₂)为主的合成气，可用于炼油厂后续的联合工艺，包括F-T合成，制氢和IGCC等，同时气化过程便于控制硫排放和重金属的排放。目前灰度和重金属含量较高的物料(重质油品和水煤浆等)采用的气化炉大都是下行式气流床气化炉。

含油污水是一种很难处理的工业废水，其所含有机污染物种类多、浓度高。同时，由于我国加工重质油和含硫原油越来越多，增加了炼油的难度，我国炼油厂每加工1t原油产生0.7～3.5t含油废水。我国的炼油工业污水一般采用“隔油—浮选—生化”的处理工艺，绝大多数炼油企业的外排水虽可以达标，但含油污水的排放量逐年增加，处理成本越来越高。节能减排是社会发展的主旋律，开发高含油污水回用工艺对炼油企业意义重大。

国内外工程公司对重质渣浆气化和含油污水处理工艺都已经有了很多研究。中国专利94104601.X公开了一种对含烃燃料进行部分氧化的方法；徳士古公司也在多个中国专利(99810542.2，00802533.9，01815582.0，02823482.0)里面公开了一系列脱油沥青气化工艺和气化方法，将沥青气化工艺与其他工艺相结合发挥最佳效益；同时，200810113394.6公开了一种目前较为普遍采用的含油污水处理工艺，经过一些物理化学单元以后，处理水外排。这些工艺的应用效果都十分优越，但都只针对重质渣浆气化或者含油污水的单一项进行了处理，现有技术中并没有关于重质渣浆和含油污水联合处理方法的相关研究或者报道。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种重质渣浆与含油污水联合气化的方法，所述的方法中，将重质渣浆气化与含油污水处理联合进行，不仅能够使得石油资源得到合理有效的充分利用，减少污染物的排放，提高企业经济效益，同时，以含油污水为气化剂，也能够提高气化品质，综合利用高含油污水，实现企业的节能减排。

本发明的第二目的在于提供一种实现所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法的装置。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种重质渣浆与含油污水联合气化的方法，所述方法包括如下步骤：将气化原料和气化剂通过气化燃烧器通入气化炉中进行气化，并得到合成气；

其中，气化原料包括重质渣浆，气化剂包括含氧气体、含油污水和水蒸气；所述含氧气体为空气、富氧，或者纯氧；优选的，所述气化炉为下流式气化炉；优选的，所述气化燃烧器为多通道气化燃烧器。

优选的，本发明所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法中，含氧气体中氧气的体积与燃料中碳元素的质量之比为0.1～5Nm³/Kg；更优选的，含氧气体中氧气的体积与燃料中碳元素的质量之比为1～2.5Nm³/Kg；其中，所燃料包括重质渣浆以及含油污水中的有机物。

优选的，本发明所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法中，含油污水的质量为气化剂总质量的5～40％。

优选的，本发明所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法中，所述气化燃烧器为多通道气化燃烧器，所述多通道气化燃烧器包括在径向上相互隔开的同心的中心通道以及最外侧的环隙通道；其中，气化原料和气化剂可以从气化燃烧器的中心通道注入，然后通入气化炉，或者可以将气化原料与气化剂通过不同的通道注入，然后通入气化炉；更优选的，所述中心通道中设置有旋流雾化装置；更优选的，所述环隙通道中设置有旋流雾化装置。

优选的，本发明所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法包括如下步骤：

将气化原料加热后，与含氧气体和水蒸气在中心通道内雾化混合后，通入气化炉中，进行气化反应；含油污水从环隙通道注入，然后通过旋流雾化装置通入气化炉中，共同进行气化反应。

优选的，本发明所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法中，所述将气化原料加热为：将气化原料加热至200～280℃。

优选的，本发明所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法中，所述气化的温度为1400～1600℃，气化的压力为500～5000KPa。

优选的，本发明所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法还进一步包括对所得合成气进行净化和分离，并分别得到氢气和一氧化碳的步骤。

优选的，本发明所述重质渣浆与含油污水联合气化的方法还进一步包括在气化炉底部收集炉渣的步骤。

同时，本发明还提供了用以实现重质渣浆与含油污水联合气化的方法的装置，所述装置包括气化炉、分离装置，以及净化装置；其中，气化原料和气化剂通过气化燃烧器通入气化炉中；优选的，所述气化燃烧器为多通道气化燃烧器；更优选的，所述多通道气化燃烧器包括在径向上相互隔开的同心的中心通道以及最外侧的环隙通道；进一步优选的，中心通道和环隙中分别设置有主通道旋流雾化装置和环隙通道旋流雾化装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明方法能够提高重质渣浆的利用价值，增强了催化油浆过滤和溶剂脱沥青等工艺的市场竞争力；

(2)本发明方法在气化重质渣浆的同时引入含油污水参与气化反应，一方面节约了含油污水处理费用，另一方面可以提高合成气中可用成分的含量，实现了节能减排，综合效益明显；

(3)本发明方法中，在燃烧器中心通道采用冲击混合和旋流雾化，细化重质渣浆液滴，深度气化，减小残炭含量，改善产品分布，增加产物的有效成分(CO+H₂)；

(4)本发明方法中，含油污水从环隙通道注入，一方面含油污水通过环隙的薄膜雾化作用进入气化炉气化区的外侧参与气化反应，保护了气化炉内衬，另一方面含油污水在燃烧器端部吸收大量来自气化区的高温，降低燃烧器端部温度，能够延长燃烧器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明应用流程图；

图2为本发明气化燃烧器喷射状态示意图。

其中，1-气化炉，2-净化装置，3-分离装置，4-中心通道，5-环隙通道，6-中心道旋流雾化装置，7-环隙通道旋流雾化装置，8-主气化区，9-含油污水汽化及气化区。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

有鉴于目前重质渣浆的气化利用和含油污水的处理均为独立运行，并采用不同的设备分别进行处理，从而导致了多套设备投资提高成本，多种操作流程复杂、且无法实现资源充分利用等问题。本发明特提供了一种重质渣浆与含油污水联合气化的方法，从而在降低设备成本的同时，简化了二者的处理流程操作，同时也实现了石油资源和水资源的充分利用。

具体的，本发明方法中，是以重质渣浆为气化原料，并以含氧气体、含油污水和水蒸气为气化剂，所进行的联合气化的方法。

其中，所述重质渣浆为催化油浆过滤所产生的渣浆、溶剂脱沥青所产生的脱油沥青，或者其他石油加工过程中所产生的重质渣浆中的一种或几种的混合物；

所述含油污水为石油炼化所产生的含油污水，或者其他石化工业中所产生的含有烃类等有机物的含油污水；

同时，所述含氧气体为空气、富氧，或者纯氧。

而通过将重质渣浆与含有污水联合使用并作为气化原料，则不仅可以减少对于设备的投资，并简化不同原料分别处理所需操作，同时还可以实现对于含有污水中水资源(可作为气化剂)和所含有机物(可作为气化原料)的充分利用，从而在降低成本的同时，还能够提高石油资源和水资源的利用率。

进一步的，结合图1和图2，对本发明重质渣浆与含油污水联合气化的方法和设备详细说明。

首先结合图1，对气化整体流程进行介绍：

由于重质渣浆的灰度和重金属含量较高，因而优选的采用下行式气流床气化炉和多通道气化燃烧器作为气化反应步骤的主要设备；

气化原料和气化剂也需要按照一定的比例通过气化燃烧器通入气化炉1中；

气化剂中，含油污水的质量为气化剂总质量的5～40％；

同时，优选的，含氧气体中氧气的体积与燃料中碳元素的质量之比为0.1～5Nm³/Kg；而为了保证合成气中甲烷的含量不发生变化，更优选的，含氧气体中氧气的体积与燃料中碳元素的质量之比要控制在1～2.5Nm³/Kg；

在气化炉1中，气化原料和气化剂进行气化反应，生成以CO和H₂为主的合成气，合成气经净化装置2净化后，进入分离装置3中，分别得到可利用的CO和H₂，其中，H₂可以并入氢网中综合利用，CO则可以用于IGCG(整体煤气化联合循环发电系统)等进行综合利用。

下面，结合图2，对于本发明方法中气化原料和气化剂的加料以及气化步骤进行介绍；

本发明方法中，气化原料和气化剂通过气化燃烧器通入气化炉中进行气化；

具体的，由于气化原料的粘度较高，因而需要对其加热至250～280℃，从而使得原料保持在适于通过泵运送至气化燃烧器的粘度；

本发明气化燃烧器优选的为多通道气化燃烧器，与传统的气化燃烧器相比，增加了供含油污水通入的通道，而这也可以使得含油污水在进入气化炉之前，能够避免与气化原料相接触，从而保证了气化原料的雾化效果；

上述多通道气化燃烧器可以通过在现有的气化燃烧器外层增加一层供含油污水通入的环隙通道5形成，也可以通过在现有的多通道气化燃烧器的最外侧增加一个供含油污水通入的环隙通道5形成；而增加的环隙通道5与原有的通道同心设置，并与临近的通道间隔，从而避免含油污水与其他原料在气化前的接触；

环隙通道5的内部还进一步优选的设置有环隙通道旋流雾化装置7，通过环隙通道旋流雾化装置7，可以使得含油污水能够在气化炉中形成伞面状的滴液薄层；

而加热后的气化原料与含氧气体和水蒸气在中心通道4内雾化混合后，经中心道旋流雾化装置6以喷雾状态通入气化炉中，并在气化炉中进行部分氧化反应(气化反应)；同时，将含油污水通过环隙通道5注入，然后经由环隙通道旋流雾化装置7以喷雾状态通入气化炉，并在气化炉中形成一个液滴喷射的伞面参与气化反应；

气化炉中的温度控制在1400～1600℃，气压力控制在500～5000KPa；

注入气化炉中的含油污水在燃烧器端部受内部高温辐射，吸收大量来自主气化区8的热量，快速汽化，并参与气化反应(水蒸气和所含有机物均能够参加气化反应)；与此同时，由于含油污水的大量吸热，从而在主气化区8外侧形成一个低温保护区，即含油污水汽化及气化区9，保护气化炉衬里，同时可以调节气化区的温度；

而这也实现了对于含油污水的充分利用，一方面实现了企业的节能减排，另一方面充当气化炉的保护剂、温度调节剂和气化剂。

由于重质渣浆中的重金属含量较高，因而在在下行式气化炉的急冷部分中，重金属会以炉渣的形式在气化炉底部沉积，重金属在这个过程中基本就被收集，不会外排，环境友好，这也是重质渣浆气化工艺的一大优势；

而本发明中，还可以将炉渣回收，并将其中所含有的重金属成分进行回收和利用，而这也能够在避免重金属排放污染的同时，实现矿物资源的充分利用。

进一步的，相较于传统的重质渣浆气化方法而言，本发明方法中以一定量的含油污水作为气化剂，这不仅能够有效的对含有污水进行同步处理，同时也能够增加合成气的产量，提高合成气的品质；

同时，相较于传统的气化燃烧器而言，本发明气化燃烧器中增加了供含油污水注入的环隙通道5，这样一方面可以优化气化燃烧器的功能，提高气化燃烧器和气化炉的寿命，另一方面也可以将含油污水作为气化剂注入气化炉中，并且还能够避免含油污水在气化前与重质渣浆接触，提高其雾化以及进一步气化的效率。

实施例1

请参考图1和图2，并以催化油浆过滤后产生的重质渣浆为气化原料，以富氧、水蒸气，以及炼油所产生的含油污水为气化剂，进行联合气化；

其中，含油污水的质量为气化剂总质量的10％；富氧中氧气体中氧气的体积与燃料中碳元素的质量之比为1.5Nm³/Kg，所燃料包括重质渣浆以及含油污水中的有机物。

将重质渣浆加热至260℃，然后在中心通道4中与富氧和水蒸气混合，然后通过主通道旋流雾化装置通入气化炉中1；

同时，将含油污水经环隙通道5，并通过环隙通道旋流雾化装置7通入气化炉1中；

通入气化炉1中的重质渣浆和富氧以及水蒸气在主气化区进行气化反应，而通入气化炉1中的含油污水在燃烧器端部受内部高温辐射，吸收大量来自主气化区8的热量，快速汽化，并参与气化反应，并在主气化区8外侧形成含油污水汽化及气化区9的低温保护区，保护气化炉衬里，同时可以调节气化区的温度；

气化反应后所产生的合成气经气化炉1通入净化装置2中，经净化处理后通入分离装置3，并分别得到H₂和CO；

所得H₂并入氢网中综合利用，CO用于IGCG中进行综合利用。

实施例2

请参考图1和图2，并以溶剂脱沥青后产生的脱油沥青为气化原料，以纯氧、水蒸气，以及石化生产中所产生的含烃类污水为气化剂，进行联合气化；

其中，含烃类污水的质量为气化剂总质量的30％；纯氧的体积与燃料中碳元素的质量之比为2.5Nm³/Kg，所燃料包括脱油沥青以及含烃类污水中的有机物。

将脱油沥青加热至260℃，然后在中心通道4中与纯氧和水蒸气混合，然后通过主通道旋流雾化装置通入气化炉中1；

同时，将含烃类污水经环隙通道5，并通过环隙通道旋流雾化装置7通入气化炉1中；

通入气化炉1中的脱油沥青和纯氧以及水蒸气在主气化区进行气化反应，而通入气化炉1中的含烃类污水在燃烧器端部受内部高温辐射，吸收大量来自主气化区8的热量，快速汽化，并参与气化反应，并在主气化区8外侧形成含油污水汽化及气化区9的低温保护区，保护气化炉衬里，同时可以调节气化区的温度；

气化反应后所产生的合成气经气化炉1通入净化装置2中，经净化处理后通入分离装置3，并分别得到H₂和CO；

所得H₂并入氢网中综合利用，CO用于IGCG中进行综合利用。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将气化原料和气化剂通过气化燃烧器通入气化炉中进行气化，并得到合成气；

其中，气化原料包括重质渣浆，气化剂包括含氧气体、含油污水和水蒸气；

所述含氧气体为空气、富氧，或者纯氧；

优选的，所述气化炉为下流式气化炉；

优选的，所述气化燃烧器为多通道气化燃烧器。

2.根据权利要求1所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，含氧气体中氧气的体积与燃料中碳元素的质量之比为0.1～5Nm³/Kg；

优选的，含氧气体中氧气的体积与燃料中碳元素的质量之比为1～2.5Nm³/Kg；

其中，所燃料包括重质渣浆以及含油污水中的有机物。

3.根据权利要求1所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，含油污水的质量为气化剂总质量的5～40％。

4.根据权利要求1所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，所述气化燃烧器为多通道气化燃烧器，所述多通道气化燃烧器包括在径向上相互隔开的同心的中心通道以及最外侧的环隙通道；

其中，气化原料和气化剂可以从气化燃烧器的中心通道注入，然后通入气化炉，或者可以将气化原料与气化剂通过不同的通道注入，然后通入气化炉；

优选的，所述中心通道中设置有旋流雾化装置；

优选的，所述环隙通道中设置有旋流雾化装置。

5.根据权利要求4所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将气化原料加热后，与含氧气体和水蒸气在中心通道内雾化混合，然后通入气化炉中，进行气化反应；

含油污水从环隙通道注入，然后通过旋流雾化装置通入气化炉中，共同进行气化反应。

6.根据权利要求5所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，所述将气化原料加热为：将气化原料加热至200～280℃。

7.根据权利要求1所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，所述气化的温度为1400～1600℃，气化的压力为500～5000KPa。

8.根据权利要求1所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括对所得合成气进行净化和分离，并分别得到氢气和一氧化碳的步骤。

9.根据权利要求1所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括在气化炉底部收集炉渣的步骤。

10.用于实现权利要求1-9中任一项所述的重质渣浆与含油污水联合气化的方法的装置，其特征在于，所述装置包括气化炉、分离装置，以及净化装置；

其中，气化原料和气化剂通过气化燃烧器通入气化炉中；

优选的，所述气化燃烧器为多通道气化燃烧器，

更优选的，所述多通道气化燃烧器包括在径向上相互隔开的同心的中心通道以及最外侧的环隙通道；

进一步优选的，中心通道和环隙中分别设置有主通道旋流雾化装置和环隙通道旋流雾化装置。