CN1484683A - 产生热转换轻产品和电力的方法 - Google Patents

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Abstract

从残余给料中产生热转换轻产品并且从作为给料的热转换残余物中获得的合成气中产生电力的流程，其中，从电力产生单元中排出的处理废气通过一个热回收单元被馈送，该热回收单元提供在热转换处理中所需的至少部分热量。

Description

产生热转换轻产品和电力的方法
本发明涉及一种从热转换残余物中获得的合成气中产生电力并且从残余给料中产生热转换轻产品的方法。根据本发明的流程特别涉及一种从热转换残余物中获得的合成气中产生电力并且从残余给料中产生热转换轻产品的综合方法，其同样可以用于从残余给料热转换成为轻产品。
热裂解在传统提炼中被广泛视为最老并且建立良好的流程之一。在传统提炼中，目的是把烃给料转换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板，随着时间推移，已经开发了许多碳化氢转换处理。某些处理是非接触反应的，比如减粘裂化和热裂解，其他的像液态化接触反应的裂解(FCC)、加氢裂解和重整是接触反应处理的例子。在这里，上面指出的流程共有的是：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。
热转换处理是工业中熟知的。特别地，在遍及全世界的许多精炼厂中，外壳均热炉减粘裂化处理(Shell Soaker Visbreaking)是熟知的并且被实践了许多年。例如，在EPB-7656中，一个碳化氢油的连续热裂解流程被描述，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，最好是包括弯成圆圈的孔的穿孔板块，其具有一个5到200mm范围内的直径。给料逗留时间合适地为5到60分钟范围内。这些处理可以顺流或者逆流地被执行。当以顺流方式操作时通常获得非常优良的结果。
在现代精炼厂中，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刀口的严重损坏(如果它们被直接暴露于涡轮机刀口的话)，所以通常把燃烧气体与压缩器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％被压缩器消耗，剩下的35％为可用功率。压缩器效率的一个轻微降低将减少有用功率数量并且因此总效率是可观的。通过在两个阶段中利用之间的一个冷热气自动调节机压缩空气，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。
相对于燃气轮机的使用而被考虑的一个附加限制存在于无法实施使用把低级重燃料作为燃气轮机的给料中，因为涡轮机部分很容易被腐蚀(甚至与在此之前描述的高温限制无关)并且被硫磺化合物或灰(特别是钒化合物)腐蚀，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度蒸馏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精炼厂操作的综合化以便节省成本。这也已经被建议用于热转换技术和电力产生中。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＂(现代功率综合精炼厂方案中的热转换技术)详细地解释了如何把所谓的热柴油单元与一个燃气轮机综合。这样一个综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蒸馏液的再循环加热器。
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，但是在热裂解操作的产品板上没有影响，其中仍然产生有通常称为真空闪光破碎残余物(VFCR)的大量残余材料。通常，一个热柴油单元关于VFCR馈送按重量计算产生在45和65％之间，特别地为大约55％。
理想的是：使用产生的残余材料作为综合精炼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，像任何重残余物一样，VFCR类型材料富含不想要的硫磺化合物(当与初始给料比较时它本质上已经累积在其中)，其因为在上面描述的燃气轮机馈送的工作还原它们是难做到的。其次，在一个综合操作中，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，例如按重量计算馈送的2-5％，这意味着大多数残余材料将不需要此工作因此引起被综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精炼厂操作而且从一个能量综合化观点并且如果可能也从节省的观点以副产品和/或塔底流出物的最佳使用方面，都存在一个前进的需要。
现在已经发现一种方法，它允许真正综合热转换处理和一个通过使用获得的至少部分残余材料来提供电力的燃气轮机，它同样不适合在一个燃气轮机中的工作，从而来操作一个气化单元，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的工作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。
本发明因此涉及一种从残余给料中产生热转换轻产品并且从热转换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处理废气被馈送通过一个热回收单元，该热回收单元提供热转换处理中所需的至少部分热量。
根据本发明的流程特别涉及一种综合流程，其中，从产生热转换轻产品的残余给料中至少部分地获得被使用作为合成气生产给料的热转换残余物，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换残余物。
除了被裂解(例如参考外壳均热炉减粘裂化处理所述)的馈送滞留时间之外，温度是热裂解中一个重要的可调变量。热裂解的理想效果，即分子重量的降低以及馈送的粘滞性，存在于较大分子具有比较小分子较高的裂解速率的这一事实中。从1948年Sachanen的＂Conversion 0f Petroleum＂第3章中可了解，在较低的温度上，在较大的和较小的分子之间裂解速率的差别增加，并且因此结果的理想效果将更大。在非常低温度上，裂解速率降低到不经济小数值。为了获得最佳结果，转换范围中的温度适当地在从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。
被裂解的石油的滞留时间还受压力影响。在高压裂解将导致在反馈范围中的一个较低阻挡水汽从而增加滞留时间。在低压裂解对液体馈送的滞留时间有较少影响。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。
在热转换处理中的转换级可以是整个流程期望的每一转换级。适当地，在165℃下面沸腾的轻产品的转换基于馈送质量可以与2％质量(mass)一样低，或者与70％质量一样高。基于馈送质量，转换适当地在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。
适当的残余给料是具有最小沸点为320℃的大量烃给料，特别是最小沸点为350℃，包括按重量计算至少25％为520℃+碳化氢(即具有最终沸点超出520 C的碳化氢)，优选地按重量计算40％以上520℃+碳化氢，并且甚至更优选地按重量计算75％以上为520℃+碳化氢。包括按重量计算90％以上为520℃+碳化氢的给料被最有利地使用。适当的给料因此包含大气残余物和真空残余物。如果期望，则残余碳化氢石油可以与重蒸馏液馏分混合(例如通过碳化氢油馏分的接触反应裂解获得的循环油)，或者与通过从残余碳化氢油中提取所获得的重碳化氢油混合。
关于电力的产生，从煤和天然气到石油或者残余材料这些范围的各种有机给料中可以产生电力(作为主要产品并且在大多数情况下作为唯一产品)，这是熟知的。当使用这些给料时，目的是尽可能有效地产生电力于是将不生产烃产品。正如在上面描述的，当试图直接使用重的、包括硫磺在内的给料工作在一个燃气轮机中时有严重的限制。没有方法可用于把＂便宜的肮脏的卡路里＂直接变换成为一个＂清洁的卡路里＂。因此，在热转换步骤中获得的至少部分残余材料被用作气化处理中的给料以便平衡。
在一个气化处理中，一个烃材料(范围从天然气到煤)本质上被氧化，以便产生合成气(氢和一氧化碳的混合物)，该合成气同样可以作为许多的的给料。正如可以使用氧源空气一样，虽然优选地使用氧浓缩空气，并且甚至更好地使用使用纯氧，但是考虑到合成物每一容积单位准备较高的热量值。合成气的一个出口在需要氢作为加氢流程或油箱之类的(唯一)给料的流程中，油箱也传送电力但是其不需要一氧化碳，因为一氧化碳会成为油箱操作中电极需要的一个抑制剂。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余材料的气化对于此目的是获得足够质量合成气的一个非常优良的处理。残余材料的气化的处理条件对本领域技术人员来说是熟知的。残余材料气化中主要步骤是：适当的利用空中作为氧化剂的气化，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磺化合物的脱硫步骤。
已经从例如通过燃气轮机提供的至少部分合成气中产生电力，废气将从电力产生单元中排出。由于废气具有一个可观的固有热量，所以在把它作为处理废气释放到环境去之前从废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换处理中所需的至少部分热量。
已经发现可从排出的燃气轮机中回收的热能够被有利地使用在综合的热转换/气化处理中来对使用在热转换处理中的给料进行加热甚至在这个意义上直接加热器和均热炉以及蒸馏液转换的再循环加热器可以被一个热回收单元替换。由于在热转换处理之后留下的残余物至少部分地(并且优选地全部地)被使用作为气化处理的给料从而产生一个改进的热综合可以获得的合成气。通过使用设想在根据本发明的处理中的一个热回收单元而不是照惯例在热转换处理中的燃烧的加热器，则获得非常低平均值和峰值热流变成可能，其基本上增加了通常可应用在热转换单元中的运转周期。
热回收单元的一个优选实施例包括与为蒸馏液和残余物阶段部分安装的管道喷烧器串联的两个回收组。这些组适当地分别为蒸馏液阶段和残余物阶段的高度热回收单元。作为选择，第三热回收组能够存在于热回收单元中，其适当地是一个低度热回收单元，能够产生介质压力或过热蒸汽。
在根据本发明的流程的一个优选实施例中，保持热转换所需的至少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。此热量在燃气轮机产生电力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流程。
在图1中，一个热回收单元、热转换单元、气化单元和电力产生单元的综合结构被描述。
在图2中，另外一个综合流程配置被描述，其中，一部分产生的热转换产品蒙受一个真空闪光器以便产生更多转换产品并且真空残余物服务作为气化单元的给料，同时真空闪光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例，它是一个包含三个转换组来回收高低度加热的热回收单元。
在图1中，一个残余给料经由线路1通过热回收单元30被发送，热回收单元30服务来加热传入的给料从而允许某些转换发生，导致热转换轻产品。需要获得的加热经由线路9提供。部分转换了的给料经由线路2被发送给热转换单元35的残余部分(例如一个均热炉或一个混合塔)用于进一步转换。取决于在单元30中提供的热，可省略使用单元35(即所有的转换发生在通过热回收单元30转送残余给料的时候)。
热转换轻产品经由线路3(或在总转换的情况下为线路2)被移动并且适当地蒙受诸如蒸馏(未示出)之类的进一步处理。热残余物经由线路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)中的塔底流出物被发送给气化单元40，它服务来使用经由线路5引入的空气把热残余物转换为合成气，合成气经为了进一步使用(未示出)而由线路6(或者可选择地在去掉它的一些之后经由线路7)被发送给电力产生单元50(适当地是一个燃气轮机)。
在单元50中产生的电力经由线路8被发给炉栅并且电力产生单元50排出的废气经由线路9发送给担任引入残余给料1加热介质的热回收单元30。来自热回收单元30中的废气经由线路10被释放。如果期望的话，则除了经由线路4(未示出)提供的残余物之外，(制造的)热转换残余物和/或任何其它可气化材料可以被发给气化单元40。
在图2中，一个残余给料经由线路2通过热回收单元30被发送，热回收单元30部分地服务来加热传入的给料从而允许某些转换发生，导致热转换轻产品。部分转换的给料经由线路12被发送给旋风器60来考虑经由旋风器底部分离重材料，哪一材料经由线路14、19、20发送给真空闪光器80。大部份的部分转换给料经由线路13发送给混合塔70，混合塔70服务来允许(部分转换的)残余给料的进一步转换以及允许分离成为若干产品。
气体材料从混合塔70中是经由线路15、汽油是经由线路16、柴油是经由线路17并且可选择地，一个具有沸腾范围超出柴油并且不是塔底流出物(它经由线路19和流14被发送给真空闪光器80)的重馏分是经由线路18而被去掉。塔底流出物经由线路19和20被发送给真空闪光器80(在其中，在一个被再循环的含蜡蒸馏液中被分离)，可选择地和经由线路18回收的重馏分一起在通过热回收单元30之后经由线路23和24被发送给混合塔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换导致热转换轻产品。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线路18输入混合塔。
真空残余物经由线路22被发送给气化单元40，它服务来使用经由线路5引入的空气把真空残余物转换成为合成气，合成气经由线路6，可选择地在去掉它的一些之后经由线路7用于进一步使用(未示出)，被发送给电力产生单元50(优选地是一个燃气轮机)。
在单元50中产生的电力经由线路8被发给炉栅并且电力产生单元50排出的废气经由线路9发送给热回收单元30，热回收单元30担任引入残余给料1加热介质用于转化引入的热残余物给料并且经由线路21和23再循环含蜡蒸馏液(可选择地，和经由线路18从混合塔中回收的重馏分一起)。来自热回收单元30中的废气经由线路10被释放。如果期望的话，则除了经由线路22(未示出)提供的真空残余物之外，(制造的)热转换残余物和/或任何其它可气化材料可以被发给气化单元220。
在图3中，使用在本发明流程中的一个热回收单元被示意性地示出。在下面使用如图2描述中给予的适当的参考数字来描述。热回收单元30包含三个热回收组，服务来经由线路1提供热给经由线路12离开的引入残余给料，给混合塔70(未示出)的再循环流23(这个流经由线路24离开单元30)以及给由25表示的一个媒质压力蒸汽圈。开头两组提供高度热，其加热并且部分地变换经由线路1和23进来的流并且第三组提供低度热以便经由蒸汽圈25产生蒸汽。
本发明也涉及一种用于产生热转换轻产品和电力的综合系统，包括：一个热转换单元，产生热转换轻产品；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废气中回收热，这种热可用于至少部分热转换流程。优选地，热回收单元包括三个回收组，其中两个能够提供高度热用于在转换处理期间产生的残余给料和真空残余物的局部转换，并且一个低度回收组能够产生介质压力蒸汽。

Claims (10)

1.用于从残余给料中产生热转换轻产品并且从作为给料的热转换残余物中获得的合成气中产生电力的流程，其中，从电力产生单元中排出的处理废气通过一个热回收单元被馈送，所述热回收单元提供在热转换处理中所需的至少部分热量。
2.根据权利要求1的流程，其中保持热转换流程所需要的至少百分之50热量并且优选地至少百分之90热量由所述热回收单元提供。
3.根据权利要求1或2的流程，其中，所述热量由产生电力的燃气轮机之后的一个热回收单元提供。
4.根据权利要求1-3中一个或多个的流程，其中，所述热回收单元还服务来提供用于蒸汽循环的热量。
5.根据权利要求14中一个或多个的流程，其中，在已经获得热转换的轻产品之后从残余给料中获得被使用作为用于产生合成气的给料的所述热转换残余物，所述残余给料优选地是大气残余物或者真空残余物。
6.根据权利要求1-5中一个或多个的流程，其中，在已经通过所述热回收单元被引导之后把残余给料馈送给一个旋风器，其中，一个塔底流出物和一个塔顶流出物被获得。
7.根据权利要求1-6中一个或多个的流程，其中，所述至少部分转换的给料蒙受一个蒸馏处理以便产生至少一个汽油部分、柴油部分和一个塔底流出物。
8.根据权利要求1-7中一个或多个的流程，其中，通过操作其一个燃气涡轮把废气发送给一个热回收单元来产生电力，所述热回收单元包含至少两个热回收组，优选地所述热回收单元另外包含一个低度热回收单元。
9.让至少部分残余给料通过一个热回收系统从而从所述残余给料中产生热转换轻产品和电力的流程，其从而允许其后残余给料的初始转换，优选地在通过一个回收塔底流出物的旋风器之后，被发送给一个蒸馏单元，在蒸馏单元中获得至少一个气油部分、一个柴油部分和一个热转换残留物，使至少部分热残留物遭受一个气化处理以便获得合成气，所述合成气被发送给一个燃气涡轮来产生电力同时从燃气涡轮中排出的废气通过了热回收系统来回收热量，所述热量至少部分地被使用来残余给料的初始转换中，优选地，一个处理，其中，蒸馏单元的塔底流出物在降低的压力下蒙受一个处理以便提供含蜡蒸馏液和一个真空残留物，所述含蜡蒸馏液优选地在已经蒙受一个热处理之后被再循环到蒸馏单元的底部，在所述热回收系统中至少部分地实现该热处理。
10.一种用于产生热转换轻产品和电力的综合系统，包括：  一个热转换单元，产生热转换轻产品；一个气化单元，产生合成气，该合成气作为产生电力的给料；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废气中回收热，这种热可用于至少部分热转换流程，所述综合系统优选地包含一个热回收单元，所述热回收单元包括三个回收组，其中两个能够提供高度热用于在转换处理期间产生的残余给料和真空残余物的局部转换，并且第三组能够提供一个低度热量用于提供蒸汽。
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