CN1328494C - 产生热转化轻产品和电力的方法 - Google Patents

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Abstract

从残余油料中产生热转化轻产品并且从作为给料的热转化残余物中获得的合成气中产生电力的方法，其中，从电力产生单元中排出的工艺烟道气通过一个热回收单元被馈送，该热回收单元提供在热转化工艺中所需的至少部分热量。

Description

产生热转化轻产品和电力的方法
本发明涉及一种从残余油料中产生热转化轻产品并且从热转化残余物中获得的合成气中产生电力的方法。根据本发明的方法特别涉及一种从残余油料中产生热转化轻产品并且从热转化残余物中获得的合成气中产生电力的联合方法，所述热转化残余物本身可以从残余油料热转化成为轻产品的热转化过程得到。
热裂解在传统提炼中被广泛视为最老并且公知的方法之一。在传统提炼中，目的是把烃给料转化成为一个或多个有用产品。取决于给料实用性和期望的产品，随着时间推移，已经开发了许多烃转化方法。某些方法是非催化的，比如减粘裂化和热裂解，其他的像流化催化裂解(FCC)、加氢裂解和重整是催化方法的例子。在这里，上面指出的方法共有的是：它们被调整并经常被最佳化，以便产生诸如汽油和柴油之类的交通燃料。
热转化方法是工业中熟知的。特别地，在遍及全世界的许多炼油厂中，外壳均热炉减粘裂化方法(Shell Soaker Visbreaking)是熟知的并且被实践了许多年。例如，在EPB-7656中，一个烃油的连续热裂解方法被描述，其在此已经通过参考结合。在此文件中参考均热炉(soaker)容器的使用，特别是包含一个或多个内环的均热炉容器。优选的结构包括多达20个板块，最好是包括圆孔的穿孔板块，所述圆孔具有一个5到200mm范围内的直径。给料停留时间合适地为5到60分钟范围内。这些方法可以向上流动或者向下流动地被执行。当以向上流动方式操作时通常获得非常优良的结果。
在现代炼油厂中，如果合适，为了自产自用或者为了出口而倾向于产生电力。燃气轮机是熟知的提供电力的单元。这样的机械通常包括一个空气压缩机、一个或多个燃烧室以及一个涡轮机，在燃烧室中气体或液体燃料在压力下燃烧，在涡轮机中在压力下的热气体被扩展到大气压力。由于产生的燃烧气体的高温将导致对涡轮机叶片的严重损坏(如果它们被直接暴露于涡轮机叶片的话)，所以通常把燃烧气体与压缩机提供的大量额外空气混合来把燃烧气体冷却到一个容许的温度。大约总可用功率的65％被压缩机消耗，剩下的35％为可用功率。压缩机效率的一个轻微降低将减少有用功率数量并且因此显著降低总效率。通过在两个阶段中压缩空气，中间使用一个中间冷却器，增加了燃气轮机的热效率。那么，燃料有效性是优化任何燃气轮机效率的一个重要因素。
对于燃气轮机的使用而被考虑的一个附加限制存在于不能使用低级重燃料作为燃气轮机的给料，因为涡轮机部分很容易被硫化合物或灰(特别是钒化合物)腐蚀(甚至与在此之前描述的高温限制无关)和污损，于是在检修之间的非常短寿命可以被预期。当需要连续工作时气体燃料或高质量馏出液似乎是唯一的实际燃料。
可以理解，许多成就已经献给各个炼油厂操作的联合化以便节省成本。这也已经被建议用于热转化技术和电力产生中。参考1999年3月San Antonio在Proceedings NPRA中的F.A.M.Schrijvers，P.J.W.M.van den Bosch和B.A.Douwes的新近出版物。在此出版物中，标题为″Thermal Conversion Technology inModern Power Integrated Refinery Schemes″(现代功率联合炼油厂方案中的热转化技术)详细地解释了如何把所谓的热柴油单元与一个燃气轮机联合。这样一个联合化的有趣方面之一是在燃气轮机之后使用燃气轮机的热回收单元，其允许替换传统直接点火加热器和均热炉以及馏出液的再循环加热器。
虽然与传统设备比较，此方法有重要的优点，特别是由于可获得非常低的平均值和峰值热流，但是它对热裂解操作的产品名单没有影响，其中仍然产生通常称为真空快速裂化残油(VFCR)的大量残油材料。通常，一个热柴油单元产生按原料计在45和65％之间，特别地为大约55％的VFCR。
理想的是：使用产生的残油材料作为联合炼油厂操作中出现的燃气轮机的给料。可是，有至少两个主要问题阻止了VFCR直接使用作为燃气轮机的给料。首先，像任何重残油一样，VFCR类型材料富含不想要的硫化合物(当与初始给料比较时它本质上已经累积在其中)，如上面描述的，所述硫化合物使得所述VFCR材料不能用作燃气轮机的给料。其次，在一个联合操作中，产生的VFCR材料只有极小部分将需要(假定它不具有其它限制)运行该燃气轮机，例如按原料计算约2-5％重量，这意味着大多数残油材料将不需要用于此目的，因此引起被联合的两个操作之间的一个严重失配。
考虑到上面的问题，应该清楚，不但从产品观点改善炼油厂操作，而且从一个能量联合化观点并且如果可能也从节省的观点以副产品和/或底部物流的最佳使用方面，都存在一个前进的需要。
现在已经发现一种方法，它通过使用获得的本身不适合用于燃气轮机的至少部分残油材料来操作一个气化单元，该气化单元提供合成气，合成气至少可以部分地被直接使用于燃气轮机中从而保持如上所述的热回收系统的优点同时产生电力，并且可选择地同时还产生附加的合成气，允许真正联合热转化方法和一个提供电力的燃气轮机。
本发明因此涉及一种用于从残余油料中生产热转化轻产品并且使用从作为给料的热转化残余物中获得的合成气产生电力的方法，其中，残余油料被热转化为轻产品和热转化残余物，通过将热转化残余物与空气、富氧空气或者纯氧一起气化而获得合成气，在电力产生单元中使用所述合成气产生电力，其中，从电力产生单元中排出的烟道气通过热回收单元被输送，所述热回收单元提供在无催化热转化工艺中所需热量的至少50％，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为400到650摄氏度。
本发明还涉及一种从残余油料生产无催化热转化轻产品和电力的方法，该方法通过如下步骤实现：让至少部分残余油料通过热回收单元，从而允许残余油料的初始转化，此后该残余油料直接地或者在通过从之回收底部物流的旋风分离器之后，被输送给蒸馏单元，在蒸馏单元中至少获得汽油馏分、柴油馏分和无催化热转化残余物；使至少部分热转化残余物经过气化处理以便获得合成气，所述合成气被输送给燃气轮机来产生电力，同时从燃气轮机中排出的烟道气通过热回收单元来回收热量，所述热量用来提供无催化热转化工艺所需热量的至少50％，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为400到650摄氏度，该无催化热转化工艺至少部分地在热回收单元中进行。
根据本发明的方法特别涉及一种联合方法，其中，从产生热转化轻产品的残余油料中至少部分地获得被使用作为合成气生产给料的热转化残余物，但是优选地是完全地获得被使用作为合成气生产给料的热转化残余物。
除了被裂解(例如参考外壳均热炉减粘裂化工艺所述)的原料的停留时间之外，温度是热裂解中一个重要的工艺变量。热裂解的理想效果，即分子量和原料粘度的降低，来自于较大分子具有比较小分子较高的裂解速率的这一事实。从1948年Sachanen的″Conversionof Petroleum″第3章中可了解，在较低的温度，在较大的和较小的分子之间裂解速率的差别增加，并且因此得到的理想效果将更大。在非常低的温度，裂解速率降低到不经济的小数值。为了获得最佳结果，转化区的温度适当地在从400到650℃的范围中，优选地是在400到550℃之间的范围中，特别是在420和525℃之间的范围中。
被裂解的油的停留时间还受压力影响。在高压下的裂解将导致在反应区中的较低的蒸气塔藏量，从而增加停留时间。在低压下的裂解对液体原料的停留时间有较少影响。适当的压力在2和100bar之间的范围中，最好在2和65bar之间的范围中。
在热转化方法中的转化水平可以是整个方法期望的每一转化水平。适当地，转化成沸点低于165℃的轻产品的转化度基于原料质量可以低至2％质量，或者高达70％质量。基于原料质量，转化度适当地在5和50％质量之间，优选地在10和30％质量之间，更优选地为大约20％质量。
适当的残余油料是最小沸点为320℃的重质烃给料，特别是最小沸点为350℃，包括按重量计算至少25％的520℃+烃(即最终沸点超出520℃的烃)，优选地按重量计算40％以上的520℃+烃，并且甚至更优选地按重量计算75％以上的520℃+烃。包括按重量计算90％以上的520℃+烃的给料被最有利地使用。适当的给料因此包含常压残油和减压残油。如果需要，则残余烃油可以与重馏出液馏分(例如通过烃油馏分的催化裂解获得的循环油)混合，或者与通过萃取从残余烃油中所获得的重烃油混合。
关于电力的产生，可以从煤和天然气到油或者残油材料的各种有机给料产生电力(作为主要产品并且在大多数情况下作为唯一产品)是公知的。当使用这些给料时，目的是尽可能有效地产生电力，并且将不生产烃产品。正如在上面描述的，当试图直接将重质含硫给料用于一个燃气轮机中时有严重的限制。没有方法可用于把″便宜的脏的卡路里″直接转化成为一个″清洁的卡路里″。因此，在热转化步骤中获得的至少部分残油材料被用作气化工艺中的给料以便平衡。
在一个气化工艺中，一个烃材料(从天然气到煤)本质上被氧化，以便产生合成气(氢和一氧化碳的混合物)，该合成气本身可以作为许多工艺的给料。可以使用空气作为氧源，虽然从所制备的单位体积的合成气获得更高热量值的角度考虑，优选使用富氧空气，并且甚至更优选使用纯氧。合成气的一个出口在需要氢作为(唯一)原料的工艺中，例如加氢方法或燃料电池，燃料电池也输出电力但是其要求不存在一氧化碳，因为一氧化碳会成为燃料电池操作中需要的电极的毒物。当电力由燃气轮机产生时，合成气是一种优选的给料，并且残油材料的气化是获得具有可用于此目的的足够质量的合成气的一个非常优良的方法。残油材料的气化的工艺条件对本领域技术人员来说是熟知的。残油材料气化中主要步骤是：适当的利用空气作为氧化剂的气化，接着原始气体产品的冷却(当水冷却被应用时适当地通过产生蒸汽)，冷却的合成气产品的水洗(该水洗步骤从合成气产品中分离粉尘)，并且可选择地有一个去掉合成气产品中存在的气体硫化合物的脱硫步骤。
例如通过燃气轮机从提供的至少部分合成气中产生电力时，烟道气将从电力产生单元中排出。由于烟道气具有一个可观的固有热量，所以在把它作为工艺废气释放到环境去之前从烟道气中尽可能多地回收是有用的，其将至少部分地被用来提供热转化工艺中所需的至少部分热量。
已经发现，可从燃气轮机排放物中回收的热能够被有利地使用在联合的热转化/气化工艺中来对使用在热转化处理中的给料进行加热，甚至达到直接加热器和均热炉以及馏出液转化的再循环加热器可以被一个热回收单元替换的程度。由于在热转化工艺之后留下的残余物至少部分地(并且优选全部地)被使用作为气化工艺的给料从而产生合成气，可以实现一个改进的热联合。通过使用本发明方法中所设想的一个热回收单元而不是照惯例在热转化工艺中的燃烧的加热器，则获得非常低平均值和峰值热流变成可能，其显著增加了通常可应用在热转化单元中的运转周期。
本发明还涉及一种用于生产无催化热转化轻产品和电力的联合设备，包括：  热转化单元，产生无催化热转化轻产品；气化单元，产生合成气，该合成气作为产生电力的给料；使用合成气作为给料的电力产生单元；和热回收单元，其能够从电力产生单元排出的烟道气中回收热量，这种热量可用于提供无催化热转化工艺所需热量的至少50％，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为400到650摄氏度。
热回收单元的一个优选实施方案包括与为馏出液和残余物阶段部分安装的管道燃烧器串联的两个回收组。这些组适当地分别为馏出液阶段和残余物阶段的高水平热回收单元。可选择地，第三热回收组能够存在于热回收单元中，其适当地是一个低水平热回收单元，能够产生中压或过热蒸汽。
在根据本发明的方法的一个优选实施方案中，维持热转化所需的至少50％热量并且优选地至少90％的热量是通过热回收单元产生的。此热量在产生电力的燃气轮机之后的一个热回收单元中被回收。
现在将通过下列非限制附图说明根据本发明的方法。
在图1中，一个热回收单元、热转化单元、气化单元和电力产生单元的联合结构被描述。
在图2中，另外一个联合方法配置被描述，其中，一部分产生的热转化产品经过一个真空闪蒸器处理以便产生更多转化产品，并且减压残油用作为气化单元的给料，同时真空闪蒸的材料在通过热回收单元转送之后被返回给混合塔。
在图3中，描述了一个优选实施方案，它是一个包含三个转化组来回收高和低水平热的热回收单元。
在图1中，残余油料经由管线1通过热回收单元30被输送，热回收单元30用来加热传入的给料从而允许某些转化发生，导致热转化轻产品。实现这一目的需要的热经由管线9提供。部分转化了的给料经由管线2被输送给热转化单元35的其余部分(例如一个均热炉或一个混合塔)用于进一步转化。取决于在单元30中提供的热，可省略使用单元35(即所有的转化发生在通过热回收单元30转送残余油料的过程中)。
热转化轻产品经由管线3(或在总转化的情况下为管线2)被取出，并且适当时经受诸如蒸馏(未示出)之类的进一步处理。热残余物经由管线4(如果单元35被使用)或者作为来自进一步处理单元(未示出)中的底部物流被输送给气化单元40，它用来使用经由管线5引入的空气把热残余物转化为合成气，合成气经由管线6(可选择地在经由管线7去掉它的一些用于其它应用(未示出)之后)被输送给电力产生单元50(适当地是一个燃气轮机)。
在单元50中产生的电力经由管线8被发给炉栅，并且电力产生单元50排出的烟道气经由管线9输送给用作引入残余油料1加热介质的热回收单元30。来自热回收单元30中的废气经由管线10被释放。如果期望的话，则除了经由管线4提供的残油之外，(补充的)热转化残余物和/或任何其它可气化材料可以被发给气化单元40(未示出)。
在图2中，一个残余油料经由管线1通过热回收单元30被输送，热回收单元30部分地用来加热传入的给料从而允许某些转化发生，导致热转化轻产品。部分转化的给料经由管线12被输送给旋风分离器60，以允许经由旋风分离器底部分离重材料，该材料经由管线14、19、20输送给真空闪蒸器80。大部份的部分转化给料经由管线13输送给混合塔70，混合塔70用来允许(部分转化的)残余油料的进一步转化以及允许分离成为若干产品。
气体材料从混合塔70中经由管线15、汽油经由管线16、柴油经由管线17并且可选择地，一个沸程超出柴油并且不是底部物流(它经由管线19和物流14一起被输送给真空闪蒸器80)的重馏分经由管线18而被去掉。底部物流经由管线19和20被输送给真空闪蒸器80(在其中，在一个被再循环的含蜡馏出液中被分离)，可选择地和经由管线18回收的重馏分一起在通过热回收单元30之后经由管线23和24被输送给混合塔70以便使用在那个单元中的可用热量，从而允许发生某些转化导致热转化轻产品。再循环流24在超出底部和低于重馏分脱去点的一个高度处经由管线18输入混合塔。
减压残油经由管线22被输送给气化单元40，它用来使用经由管线5引入的空气把减压残油转化成为合成气，合成气经由管线6，可选择地在经由管线7去掉它的一些用于其它应用之后(未示出)，被输送给电力产生单元50(优选地是一个燃气轮机)。
在单元50中产生的电力经由管线8被发给炉栅，并且电力产生单元50排出的烟道气经由管线9输送给热回收单元30，热回收单元30用作引入的、被转化的热残余油料和经由管线21和23再循环的含蜡馏出液(可选择地，和经由管线18从混合塔中回收的重馏分一起)的加热介质。来自热回收单元30中的废气经由管线10被释放。如果期望的话，则除了经由管线22提供的减压残油之外，(补充的)热转化残余物和/或任何其它可气化材料可以被发给气化单元40(未示出)。
在图3中，使用在本发明方法中的一个热回收单元被示意性地示出。适当时，在下面使用如图2描述中给予的参考数字来描述。热回收单元30包含三个热回收组，用来提供热给经由管线1引入、经由管线12离开的引入的残余油料，输送到混合塔70(未示出)的再循环物流23(这个物流经由管线24离开单元30)，以及由25表示的中压蒸汽盘管。开头两组提供高水平的热，其加热并且部分地转化经由管线1和23进来的物流，并且第三组提供低水平的热以便产生经由蒸汽盘管25的蒸汽。
本发明也涉及一种用于产生热转化轻产品和电力的联合系统，包括：一个热转化单元，产生热转化轻产品；一个气化单元，产生合成气，该合成气作为从热残余物产生电力的给料；一个使用合成气作为给料的电力产生单元；和一个热回收单元，其能够从电力产生单元排出的烟道气中回收热，这种热可用于至少部分热转化方法。优选地，热回收单元包括三个回收组，其中两个能够提供高水平的热用于残余油料和在转化方法中产生的减压残油的部分转化，并且一个低水平的回收组能够产生中压蒸汽。

Claims (27)

1.一种用于从残余油料中生产热转化轻产品并且使用从作为给料的热转化残余物中获得的合成气产生电力的方法，其中，残余油料被热转化为轻产品和热转化残余物，通过将热转化残余物与空气、富氧空气或者纯氧一起气化而获得合成气，在电力产生单元中使用所述合成气产生电力，其中，从电力产生单元中排出的烟道气通过热回收单元被输送，所述热回收单元提供在无催化热转化工艺中所需热量的至少50％，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为400到650摄氏度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中维持无催化热转化工艺所需要的热量的至少90％由所述热回收单元提供。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述热回收单元在产生电力的燃气轮机下游工作。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热回收单元还用来提供用于蒸汽循环的热量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在已经被引导通过所述热回收单元以获得至少部分转化的给料之后，残余油料被输送给旋风分离器，在此得到底部物流和顶部物流。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少部分转化的给料经受蒸馏处理，以便至少产生汽油馏分、柴油馏分和底部物流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过操作其烟道气被输送给热回收单元的燃气轮机来产生电力，所述热回收单元包含至少两个热回收组。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述热回收单元还用来提供用于蒸汽循环的热量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在已经被引导通过所述热回收单元以获得至少部分转化的给料之后，残余油料被输送给旋风分离器，在此得到底部物流和顶部物流。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少部分转化的给料经受蒸馏处理，以便至少产生汽油馏分、柴油馏分和底部物流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过操作其烟道气被输送给热回收单元的燃气轮机来产生电力，所述热回收单元包含至少两个热回收组。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在已经被引导通过所述热回收单元以获得至少部分转化的给料之后，残余油料被输送给旋风分离器，在此得到底部物流和顶部物流。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述至少部分转化的给料经受蒸馏处理，以便至少产生汽油馏分、柴油馏分和底部物流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过操作其烟道气被输送给热回收单元的燃气轮机来产生电力，所述热回收单元包含至少两个热回收组。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过操作其烟道气被输送给热回收单元的燃气轮机来产生电力，所述热回收单元包含至少两个热回收组。
16.一种从残余油料生产无催化热转化轻产品和电力的方法，该方法通过如下步骤实现：让至少部分残余油料通过热回收单元，从而允许残余油料的初始转化，此后该残余油料直接地或者在通过从之回收底部物流的旋风分离器之后，被输送给蒸馏单元，在蒸馏单元中至少获得汽油馏分、柴油馏分和无催化热转化残余物；使至少部分热转化残余物经过气化处理以便获得合成气，所述合成气被输送给燃气轮机来产生电力，同时从燃气轮机中排出的烟道气通过热回收单元来回收热量，所述热量用来提供无催化热转化工艺所需热量的至少50％，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为400到650摄氏度，该无催化热转化工艺至少部分地在热回收单元中进行。
17.如权利要求16所述的方法，其中，无催化热转化工艺的温度范围为400到550摄氏度。
18.如权利要求16或17所述的方法，其中，无催化热转化工艺的温度范围为420至到525摄氏度。
19.如权利要求18所述的方法，其中，蒸馏单元的底部物流经过减压处理，以提供含蜡馏出液和减压残油，所述含蜡馏出液再循环到蒸馏单元的底部。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述含蜡馏出液在再循环到蒸馏单元的底部之前经过热处理。
21.如权利要求16或17所述的方法，其中，蒸馏单元的底部物流经过减压处理，以提供含蜡馏出液和减压残油，所述含蜡馏出液再循环到蒸馏单元的底部。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述含蜡馏出液在再循环到蒸馏单元的底部之前经过热处理。
23.一种用于生产无催化热转化轻产品和电力的联合设备，包括：热转化单元，产生无催化热转化轻产品；气化单元，产生合成气，该合成气作为产生电力的给料；使用合成气作为给料的电力产生单元；和热回收单元，其能够从电力产生单元排出的烟道气中回收热量，这种热量可用于提供无催化热转化工艺所需热量的至少50％，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为400到650摄氏度。
24.如权利要求23所述的联合设备，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为400到550摄氏度。
25.如权利要求23或24所述的联合设备，其中，所述无催化热转化工艺的温度范围为420到525摄氏度。
26.根据权利要求25所述的联合设备，其中，所述热回收单元包含三个热回收组，其中两个能够提供用于在转化工艺期间产生的残余油料和减压馏分的部分转化的高水平热量，第三个则能够提供用于提供蒸气的低水平热量。
27.根据权利要求23或24所述的联合设备，其中，所述热回收单元包含三个热回收组，其中两个能够提供用于在转化工艺期间产生的残余油料和减压馏分的部分转化的高水平热量，第三个则能够提供用于提供蒸气的低水平热量。
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