CN111704934A - 一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括耦合反应器和分馏塔，石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器内发生气化反应放热，在耦合反应器内具有热裂解反应单元，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，再由分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入耦合反应器内，产生的油气送入分馏塔内分离出化工产品。本发明能够将重油裂解产生的石油焦与粉煤进行气化，并利用气化热量进行热裂解反应，充分利用粉煤和石油焦气化产生的热量，大大地降低了重油热裂解的能耗，同时也解决了石油焦的销路，反应产生的合成气可作为燃料气或者制氢、变换、甲醇、费托合成等装置的原料，大幅度提升了经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及到重油的热裂解领域，具体的说是一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置。
背景技术
延迟焦化技术是以重油为原料，通过热裂化将石油渣油等重油转化为液体和气体产品，同时生成石油焦的技术。该过程需要用加热炉把原料加热至485-505℃，需要消耗大量的燃料。延迟焦化工艺原料进料温度约150℃，换热至300℃后，通过加热炉加热至500℃后，进入焦炭塔，每吨原料（从300℃加热至500℃）需要的热量约需要1.48X105Kcal，按照规模为50万吨/年延迟焦化装置为例，每小时加热炉需要的热量为9.25 X106Kcal。这就需要消耗大量的煤炭资源，而且更重要的是，重油热裂解反应后生产出大量的石油焦产品，由于石油焦无法再裂解，所以目前的焦化装置会产出大量的石油焦，且石油焦的硫含量高，价格低迷，既不环保，也没有经济性。
针对这个问题，专利公开号为CN101451073A的发明专利公开了一种热裂解与气化联合加工重质油的方法，其中提到了“反应器上部为气固分离区，中部为热裂解区，下部为气化区，原料由气固分离区下部引入反应器，经雾化器分散为油滴，油滴在热裂解区下落过程中轻质组分挥发为油气，重质组分缩合形成焦炭；其中油气在温度为450～800℃，压力为0.05～1.0MPa的条件下进行热裂解反应，焦炭颗粒落入气化区，在800～1600℃的温度下进行气化反应生成合成气，剩余的细小焦炭颗粒一部分落入灰斗，形成灰渣，另一部分和生成的气体一起向上流动，与下降的液滴接触并进行热交换；在反应器上部的气固分离区气相与焦炭分离，分离出的细小焦炭颗粒重新落入热裂解区和气化区继续反应，分离出的气相流出反应器，进入后续分离系统分离为合成气和干气、液化气、汽油、柴油以及油浆等产物”，“利用逆流床层的热质传递优势，使反应器底部气化形成的热气流经换热调节温度后与上部下落的油滴接触换热，同时热裂解形成的焦炭全部或部分被气化，生成合成气体，气化过程产生的热能用于提供热裂化反应所需热能，热利用效率提高”。
虽然CN101451073A专利中不会产生石油焦，但是受制于反应器的尺寸和操作条件，除了反应时间无法灵活控制外，在热平衡方面没有调节手段，更重要的是会使更多的油品被带入到气化区发生气化反应，导致轻质油收率低。
发明内容
为了解决现有重油热裂解耗煤量大、产生的石油焦很难处理的问题，本发明提供了一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，该装置设计了一种耦合反应器，该耦合反应器能够将重油裂解产生的石油焦与粉煤进行气化放出大量热量，并利用这些热量来进行热裂解反应，消除了整个过程中产生的石油焦，节省了煤炭资源。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔和耦合反应器，所述耦合反应器具有粉煤入口、空气入口、水入口和石油焦入口，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器内发生气化反应放热，在耦合反应器内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔内分离出化工产品。
作为上述热裂解重油装置的一种优化方案，所述热裂解反应单元包括设置在耦合反应器内的一级换热单元、二级换热单元和三级换热单元，其中，重油管线先将重油送入一级换热单元内被加热，之后经过一级分离器分离，分离出的油气送入分馏塔内，余下的重油被一级给料泵泵送至二级换热单元内进行二次加热，之后经过二级分离器分离，分离出的油气送入分馏塔内，余下的重油被二级给料泵泵送至三级换热单元内进行三次加热，之后再经过三级分离器分离，分离出的油气送入分馏塔内，余下的石油焦通过螺旋给料机送入石油焦入口内参与耦合反应器内的气化反应。
作为上述热裂解重油装置的另一种优化方案，所述耦合反应器的顶部具有排出气化反应产生的合成气的合成气管路，底部具有破渣机，且气化反应的未反应的灰渣经破渣机破碎后依次经过灰斗和锁斗间断排放到灰渣管路内。
作为上述热裂解重油装置的另一种优化方案，所述分馏塔内分馏出的塔顶气体依次经过分馏塔顶冷却器和分馏塔顶水冷器进入到回流罐内，并在回流罐内进行再次分离，分离出的富气由回流罐顶部排出到吸收稳定单元中，以回收富气中的液化气；分离出的水通过酸性水泵排出，并经过处理后再次返回耦合反应器内参与反应；分离出的石脑油一部分通过回流泵回流到分馏塔作为冷回流控制产品指标，另一部分作为石脑油产品排出。
作为上述热裂解重油装置的另一种优化方案，所述分馏塔内分馏出的柴油组分从分馏塔中上部抽出到柴油汽提塔内，通过蒸汽汽提出轻组分后经柴油产品泵泵送至柴油冷却器内冷却后作为柴油产品。
作为上述热裂解重油装置的另一种优化方案，所述分馏塔内分馏出的蜡油组分从分馏塔中下部抽出，并经蜡油产品泵泵送至蜡油冷却器冷却后作为蜡油产品。
作为上述热裂解重油装置的另一种优化方案，所述分馏塔内分馏出的重循环油从分馏塔底部抽出，并经过循环油泵送至分离器内经过分离后，参与到热裂解反应单元的反应。
作为上述热裂解重油装置的另一种优化方案，所述分馏塔的顶部、中上部和中下部分别设置有用于控制温度的顶循换热器、一中换热器和二中换热器。
作为上述热裂解重油装置的另一种优化方案，所述石油焦送入石油焦入口内先与粉煤入口内进入的粉煤混合后，一同送入偶合反应器内参与气化反应。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明的耦合反应器能够将重油裂解产生的石油焦与粉煤进行气化放出大量热量，并利用这些热量来进行热裂解反应，充分利用粉煤和石油焦气化产生的热量，大大地降低了重油热裂解的能耗，同时也解决了石油焦的销路，反应产生的合成气可作为燃料气或者制氢、变换、甲醇、费托合成等装置的原料，大幅度提升了经济效益；
2）本发明利用现有的热裂解装置进行改造，大幅度降低了设备成本，而且反应器构造简单，并无复杂内件，产生的污水全部返回反应器，反应器出口的合成气经过低温甲醇洗后，硫化氢和CO2指标均满足污染物排放标准；
3）本专利将石油焦全部气化，一方面节省了重油热解消耗的大量燃料气，另外一方面也解决了高硫石油焦的出路。
附图说明
图1为本发明的整体工艺流程图；
附图标记：1、耦合反应器，101、粉煤入口，102、石油焦入口，103、空气入口，104、水入口，105、重油管线，106、合成气管路，107、一级换热单元，108、二级换热单元，109、三级换热单元，2、灰斗，3、锁斗，301、灰渣管路，4、一级分离器，5、一级给料泵，6、二级分离器，7、二级给料泵，8、三级分离器，9、螺旋给料机，10、分馏塔，11、分馏塔顶冷却器，12、分馏塔顶水冷器，13、回流罐，14、回流泵，15、酸性水泵，16、顶循换热器，17、一中换热器，18、二中换热器，19、柴油汽提塔，20、柴油产品泵，21、柴油冷却器，22、蜡油产品泵，23、蜡油冷却器，24、循环油泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。本发明以下各实施例仅仅公开了工艺流程的走向和连接结构，对于其中阀门的安装以及工艺参数的设置等并未有要求。
实施例1
如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品。
在本实施例中，耦合反应器1实际上是现有的热裂解反应器经过改造形成，其中的热裂解反应单元和分馏塔10均是现有技术，其结构不做赘述。
在本实施例中，热裂解反应单元为现有的重油热裂解反应器，其结构、运行参数和工艺流程均为本领域技术人员所掌握的，因此不进行赘述。
以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定，从而得到以下各实施例：
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上对热裂解反应单元所做的进一步限定：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述热裂解反应单元包括设置在耦合反应器1内的一级换热单元107、二级换热单元108和三级换热单元109，其中，重油管线105先将重油送入一级换热单元107内被加热，之后经过一级分离器4分离，分离出的油气送入分馏塔10内，余下的重油被一级给料泵5泵送至二级换热单元108内进行二次加热，之后经过二级分离器6分离，分离出的油气送入分馏塔10内，余下的重油被二级给料泵7泵送至三级换热单元109内进行三次加热，之后再经过三级分离器8分离，分离出的油气送入分馏塔10内，余下的石油焦通过螺旋给料机9送入石油焦入口102内参与耦合反应器1内的气化反应。
本实施例是以三级换热单元为例进行的讲述，当然也可以是四级换热单元或以上，在本实施例的三级分离器8内具有搅拌器，从而在分离油气和石油焦的过程中不断搅拌。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上对耦合反应器1的结构所做的进一步限定：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述耦合反应器1的顶部具有排出气化反应产生的合成气的合成气管路106，反应产生的合成气被送至后续处理单元，经水洗后可作为燃烧气或者制氢、变换、甲醇、费托合成等装置的原料，底部具有破渣机，且气化反应的未反应的灰渣经破渣机破碎后依次经过灰斗2和锁斗3间断排放到灰渣管路301内。
实施例4
本实施例是在实施例1的基础上对分馏塔10分离出的塔顶气体进行处理的说明：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述分馏塔10内分馏出的塔顶气体依次经过分馏塔顶冷却器11和分馏塔顶水冷器12进入到回流罐13内，并在回流罐13内进行再次分离，分离出的富气由回流罐13顶部排出到吸收稳定单元中，以回收富气中的液化气；分离出的水通过酸性水泵15排出，并经过处理后再次返回耦合反应器1内参与反应；分离出的石脑油一部分通过回流泵14回流到分馏塔10作为冷回流控制产品指标，另一部分作为石脑油产品排出。
实施例5
本实施例是在实施例1的基础上对分馏塔10分离出的柴油组分进行处理的说明：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述分馏塔10内分馏出的柴油组分从分馏塔10中上部抽出到柴油汽提塔19内，通过蒸汽汽提出轻组分后经柴油产品泵20泵送至柴油冷却器21内冷却后作为柴油产品。
实施例6
本实施例是在实施例1的基础上对分馏塔10分离出的蜡油组分进行处理的说明：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述分馏塔10内分馏出的蜡油组分从分馏塔10中下部抽出，并经蜡油产品泵22泵送至蜡油冷却器23冷却后作为蜡油产品。
实施例7
本实施例是在实施例1的基础上对分馏塔10分离出的重循环油进行处理的说明：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述分馏塔10内分馏出的重循环油从分馏塔10底部抽出，并经过循环油泵24送至分离器内经过分离后，参与到热裂解反应单元的反应。
实施例8
本实施例是在实施例1的基础上对分馏塔10部分附加结构的说明：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述分馏塔10的顶部、中上部和中下部分别设置有用于控制温度的顶循换热器16、一中换热器17和二中换热器18。
实施例9
本实施例是在实施例1的基础上对石油焦进入耦合反应器1的一种优化说明：如图1所示，一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔10和耦合反应器1，所述耦合反应器1具有粉煤入口101、空气入口103、水入口104和石油焦入口102，且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器1内发生气化反应放热，在耦合反应器1内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线105连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口102内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔10内分离出化工产品；
所述石油焦送入石油焦入口102内先与粉煤入口101内进入的粉煤混合后，一同送入偶合反应器1内参与气化反应。
对比实验：
为了验证本发明的技术效果，分别对同样品质的重油分别进行热裂解，并在反应过程中，检测气化区域温度，反应后，检测各种产品的收率，作为评价参数和指标；
重油的参数为：取比重1.0，TBP初馏点451℃，10%馏出温度524℃，50%馏出温度620℃，90%馏出温度780℃，终馏点820℃；
方案一：以重油为原料，使其经过专利公开号为CN101451073A中的反应器并按照该专利公开的方法进行处理，其具体工艺参数参考该专利说明书中公开的内容进行；
经检测，其轻质油收率在45-60%；本专利可以灵活调整油和煤的加工比例。
方案二：以重油为原料，使其在本发明实施例2的装置进行处理；
方案二中主要产品收率如下：
石脑油10-15%，柴油20-25%，蜡油25-30%（即轻质油收率在55-70%，该收率是针对重油进料），干气6-10%，最终未热解的石油焦收率大约在25%左右，进入到反应器与煤一起发生气化反应；
实验结果分析：原料轻质化后，石油焦收率会降低，轻液收率会增加；原料重质化后，石油焦收率会增加，轻液收率会减少。总体收率和延迟焦化接近，但是不需要原料加热炉，不需要消耗燃料气。这是本发明最大的特点和优势。
本发明反应器出口合成气最高温度为950℃，控制较低的气化温度是为了使粉煤中的煤焦油和石油焦中的油气尽可能被反应器出口合成气携带走，提高油品收率，而且本发明还可以灵活调整油和煤的加工比例。
本发明反应器内气化区域温度为900-950℃，比常规煤气化炉低，产生的合成气有效气（CO+H2）含量为85%左右，与常规的GSP气流床相比，气化温度降低500℃左右，有效气含量降低8%左右，但是需要消耗的氧气量要比GSP气流床气化炉要减少10Nm3/1000Nm3（CO+H2）。
Claims (9)
1.一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，包括分馏塔（10）和耦合反应器（1），其特征在于：所述耦合反应器（1）具有粉煤入口（101）、空气入口（103）、水入口（104）和石油焦入口（102），且石油焦、粉煤、空气和水在耦合反应器（1）内发生气化反应放热，在耦合反应器（1）内具有热裂解反应单元，该热裂解反应单元与重油管线（105）连通，从而使重油在热裂解反应单元内吸收气化反应的热量发生热裂解反应，之后通过分离器分离出油气和石油焦，石油焦送入石油焦入口（102）内参与气化反应，产生的油气送入分馏塔（10）内分离出化工产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述热裂解反应单元包括设置在耦合反应器（1）内的一级换热单元（107）、二级换热单元（108）和三级换热单元（109），其中，重油管线（105）先将重油送入一级换热单元（107）内被加热，之后经过一级分离器（4）分离，分离出的油气送入分馏塔（10）内，余下的重油被一级给料泵（5）泵送至二级换热单元（108）内进行二次加热，之后经过二级分离器（6）分离，分离出的油气送入分馏塔（10）内，余下的重油被二级给料泵（7）泵送至三级换热单元（109）内进行三次加热，之后再经过三级分离器（8）分离，分离出的油气送入分馏塔（10）内，余下的石油焦通过螺旋给料机（9）送入石油焦入口（102）内参与耦合反应器（1）内的气化反应。
3.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述耦合反应器（1）的顶部具有排出气化反应产生的合成气的合成气管路（106），底部具有破渣机，且气化反应的未反应的灰渣经破渣机破碎后依次经过灰斗（2）和锁斗（3）间断排放到灰渣管路（301）内。
4.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述分馏塔（10）内分馏出的塔顶气体依次经过分馏塔顶冷却器（11）和分馏塔顶水冷器（12）进入到回流罐（13）内，并在回流罐（13）内进行再次分离，分离出的富气由回流罐（13）顶部排出到吸收稳定单元中，以回收富气中的液化气；分离出的水通过酸性水泵（15）排出，并经过处理后再次返回耦合反应器（1）内参与反应；分离出的石脑油一部分通过回流泵（14）回流到分馏塔（10）作为冷回流控制产品指标，另一部分作为石脑油产品排出。
5.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述分馏塔（10）内分馏出的柴油组分从分馏塔（10）中上部抽出到柴油汽提塔（19）内，通过蒸汽汽提出轻组分后经柴油产品泵（20）泵送至柴油冷却器（21）内冷却后作为柴油产品。
6.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述分馏塔（10）内分馏出的蜡油组分从分馏塔（10）中下部抽出，并经蜡油产品泵（22）泵送至蜡油冷却器（23）冷却后作为蜡油产品。
7.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述分馏塔（10）内分馏出的重循环油从分馏塔（10）底部抽出，并经过循环油泵（24）送至分离器内经过分离后，参与到热裂解反应单元的反应。
8.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述分馏塔（10）的顶部、中上部和中下部分别设置有用于控制温度的顶循换热器（16）、一中换热器（17）和二中换热器（18）。
9.根据权利要求1所述的一种利用粉煤和石油焦气化热裂解重油装置，其特征在于：所述石油焦送入石油焦入口（102）内先与粉煤入口（101）内进入的粉煤混合后，一同送入偶合反应器（1）内参与气化反应。
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