CN1914117A - 烃类材料处理系统和烃类材料处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烃类材料处理系统，其可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。所述烃类材料处理系统包括用于热解和气化废物(51)、废塑料(52)、热解焦油(53)、残渣烃类重油(54)以及有机物质如生物质(55)以产生热源气体的气化炉(10)。所述烃类材料处理系统还包括用于通过利用在气化炉(10)中产生的热源气体来热裂化烃类材料的裂化炉(101)。
Description
技术领域
本发明涉及烃类材料处理系统和烃类材料处理方法，尤其是涉及石油精制过程或石油化学加工中用于在裂化炉中热裂化烃类材料或在重整炉中重整烃类材料中所用的烃类材料处理系统和方法。
背景技术
乙烯用作各种工业制品如聚乙烯、聚丙烯或乙酸乙酯的原料，因而是化学工业中的最基本的原料之一。通过热解和精制烃类材料如石脑油制造乙烯。此外，在热解烃中生成的丙烯、乙烷、丙烷等也用作工业原料。
在石油精制过程中，需要大量氢作为脱硫剂或烷基化剂。在日本，主要是通过蒸汽转化烃如石脑油或液化石油气(LPG)制造氢。如果汽油，轻油等的制造过程需要高度脱硫以降低环境负荷如SOx，那么需要大量氢来进行脱硫。因此，消耗大量矿物燃料。
乙烯制造过程
图1是显示用于制造乙烯的系统的流程图。如图1所示，乙烯制造系统包括裂化炉101，热交换器102，油急冷塔103，水急冷塔104，压缩机105，酸性气体除去单元106，脱水塔107和气体分离和精制单元108。将水蒸汽加到石脑油中用于稀释以生成原料201。将原料201供给至裂化炉101中的反应管101a，在反应管101a中原料201被预热蒸发，然后在高温、低压下在短的停留时间内被热解。为防止过度热解，在反应管101a出口下游处提供用于快速冷却产生的气体的热交换器102。在油急冷塔103和水急冷塔104中进一步冷却产生的气体，并从产生的气体中回收热量。
使用多级压缩机105将冷却的气体加压至约0.5-30个大气压。然后，在酸性气体除去单元106中，从冷却的气体中除去酸性气体如H2S或CO2，并且在脱水塔107中使冷却的气体脱水。其后，将冷却的气体引入至气体分离和精制单元108中以分离出不需要的气体组分。结果是获得产物乙烯202。
如图1所示，气体分离和精制单元108包括脱甲烷器109，脱乙烷器110，脱丙烷器111，丙炔/丙二烯氢化单元112，乙烯精馏塔113，丙烯精馏塔114，冷却室115和乙炔氢化单元116。气体分离和精制单元108分离富氢气体203，尾气204，丙烯205，具有至少四个碳原子(C4+)的烃206，乙烷207，丙烷208，废气209等。图1举例说明了气体分离和精制单元108，其也可以具有其他结构。
裂化炉101具有多个反应管101a。在约800-900℃的高温、约0.2MPa的低压并且没有任何催化剂下，裂化炉101分解烃的C-C键产生低级烃。反应管101a中作为原料石脑油的停留时间相当短，不超过约0.1-0.2秒。裂化炉101具有设置在反应管101a外部炉内的燃烧器(图中未示出)。从气体分离和精制单元108出来的废气209作为燃料与空气210燃烧，从而提高并保持裂化炉101的温度。乙烷207和丙烷208也可以用作裂化炉101中的燃料。此外，当不能从废气209、乙烷207和丙烷208获得足够的热量以保持裂化炉101的温度时，矿物燃料如石脑油211被用作裂化炉101中的燃料。
利用从裂化炉101排出的废气212的显热来预热用于燃烧的空气210。调节待供给到裂化炉101的废气209、乙烷207、丙烷208和矿物燃料如石脑油211的量，以使反应管101a中的气体温度保持恒定。通过裂化炉101的排出废气的显热来预热原料烃201，如石脑油，然后供给至裂化炉101的反应管101a。热交换器102(例如，锅炉)设置在反应管101a的下游，以快速冷却气体，从而抑制反应。因此，热交换器102可防止由于过度热解而使产物(即，乙烯202)的产率降低。氢的制造过程
已知有三种方法可制造氢，包括水蒸汽重整法，部分氧化法，和水蒸汽重整法与部分氧化法的组合。近来，广泛使用用水蒸汽重整烃如石脑油或LPG来制造氢的方法。在这种方法中，在约800-850℃的温度下，烃和水蒸汽在催化剂上发生催化反应。这种方法利用下面的吸热反应。
生成的一氧化碳通过下面的水-气变换反应转化成氢。
上述两个反应中，每一个反应都需要催化剂，如负载有镍的催化剂。
图2是显示利用水蒸汽重整法制造氢的系统的流程图。在氢制造系统中，烃如石脑油或LPG用作原料231。如图2所示，氢制造系统包括用于使原料脱硫的脱硫器131，用于利用水蒸汽重整脱硫的原料231的初步重整单元132和重整炉133，热交换器134，用于通过水-气变换反应将生成的一氧化碳转化成氢的变换转化器135，热交换器136，用于分离氢的分离器137和氢压变动吸附(hydrogen pressureswing adsorption)(氢PSA)单元138。
加热并蒸发常温下是液体的原料。将蒸发的原料供给至重整炉133。从重整炉133排出的废气236的废热用于加热原料。由于原料的水蒸汽重整反应在催化剂上进行，因此需要除去毒性组分硫。当原料含有大量硫时，通过脱硫器131使蒸发的原料脱硫。将原料气体以及水蒸汽一起供给至重整炉133中的重整反应管133a中。重整反应管133a中装有催化剂。通常，负载有镍的催化剂用作重整反应管133a中的催化剂。原料气体可以在设置于重整反应管133a上游处的初步重整单元132中初步进行重整。原料气体在重整反应管133a的入口处温度约为450-650℃，在重整反应管133a的出口处温度约为700-950℃。具体而言，从外部热源将热量供给至重整炉133中的重整反应管133a，从而在约600-950℃的温度范围内进行重整反应。
重整炉133的热源是从氢精制过程(氢PSA单元138)排出的废气232或烃燃料233如石脑油或LPG与空气234的燃烧热。通过设置在重整炉133中的重整反应管133a下游处的热交换器134进行热交换来冷却生成的一氧化碳。然后，通过在变换转化器135中进行水-气变换反应使生成的一氧化碳转化成氢。生成的氢通过热交换器136。分离器137分离冷凝物237。在氢PSA单元138中，从废气232中分离出氢230，并回收。如上所述，分离出氢230的废气232用作重整炉133的热源。部分氢230可以作为循环氢235与原料231混合，以提高原料231中的氢浓度。
如上所述，常规乙烯制造系统和氢制造系统消耗作为裂化炉和重整炉的热源的大量矿物燃料，如石脑油或LPG，从而增加了制造乙烯和氢的成本。
发明内容
鉴于上述缺点，完成了本发明。因此本发明的第一目的是提供一种烃类材料处理系统，其可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
本发明的第二目的是提供一种烃类材料处理方法，其可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
根据本发明的第一方面，提供一种可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本的烃类材料处理系统。该烃类材料处理系统包括用于热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体的气化炉。该烃类材料处理系统还包括用于通过利用在该气化炉中产生的热源气体来热裂化烃类材料的裂化炉。具体而言，该烃类材料处理系统使用可燃气体作为裂化炉的热源以在乙烯制造系统等中热裂化烃类材料。通过热解和气化各种废物、残渣烃类重油如从石油精制过程或石油化学加工中排出的重油、和有机物质如生物质中的至少一种来生产可燃气体。该裂化炉可以包括用于乙烯制造过程的裂化炉。
因此，通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种来生产热源气体。热源气体用作裂化炉的热源以热裂化烃类材料。因此，可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
该气化炉的结构被设计成通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以单独产生第一气体，和通过燃烧所述热解和气化的残渣以单独产生第二气体。通过热解和气化制得的第一气体(制得气)可以在不与通过燃烧所述热解和气化的残渣而制得的第二气体(燃烧气)的混合(稀释)下获得。因此，即使从少量的第一气体也可实现高热值，从而使裂化炉保持在高温。此外，由于裂化炉可以保持在高温，所以即使第一气体含有杂质，裂化炉也可以进行燃烧。
由于第二气体含有氧，所以第二气体可以用作裂化炉的热源气体。因此，可以减少供给到裂化炉的燃烧空气的量。此外，可以有效地利用第二气体的显热。因此，可以更有效地降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
烃类材料处理系统可以包括通过用第二气体预热空气的热交换器和用于将预热的空气供应到该裂化炉的通道。在这种情况下，因为第二气体用于预热空气，所以可以有效地利用第二气体的热量。因此，可以更有效地降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
根据本发明的第二方面，提供一种可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本的烃类材料处理系统。烃类材料处理系统包括用于热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体的气化炉。烃类材料处理系统还包括用于通过利用在该气化炉中产生的热源气体来重整烃类材料的重整炉。具体而言，烃类材料处理系统使用可燃气体作为重整炉的热源以在氢制造系统等中重整烃类材料。通过热解和气化各种废物、残渣烃类重油如从石油精制过程或石油化学加工中排出的重油、和有机物质如生物质中的至少一种来生产可燃气体。重整炉可以包括用于氢制造过程的重整炉。
因此，通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种来生产热源气体。热源气体用作重整炉的热源以重整烃类材料。因此，可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
气化炉的结构被设计成可通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以单独产生第一气体，和通过燃烧所述热解和气化的残渣以单独产生第二气体。通过热解和气化制得的第一气体(制得气)可以在不与通过燃烧所述热解和气化的残渣而制得的第二气体(燃烧气)的混合(稀释)下获得。因此，即使从少量的第一气体也可实现高热值，从而使重整炉保持在高温。此外，由于重整炉可以保持在高温，所以即使第一气体含有杂质，重整炉也可以进行燃烧。
由于第二气体含有氧，所以第二气体可以用作重整炉的热源气体。因此，可以减少供给到重整炉的燃烧空气的量。此外，可以有效地利用第二气体的显热。因此，可以更有效地降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
烃类材料处理系统可以包括通过第二气体预热空气的热交换器和用于将预热的空气供应到该重整炉的通道。在这种情况下，因为第二气体用于预热空气，所以可以有效地利用第二气体的热量。因此，可以更有效地降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本。
根据本发明的第三方面，提供一种可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本的烃类材料处理方法。根据该烃类材料处理方法，热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体。将该热源气体供应到裂化炉以热裂化烃类材料。具体而言，该烃类材料处理方法使用可燃气体作为裂化炉的热源以在乙烯制造系统等中热裂化烃类材料。通过热解和气化各种废物、残渣烃类重油如从石油精制过程或石油化学加工中排出的重油、和有机物质如生物质中的至少一种来生产可燃气体。裂化炉可以包括用于乙烯制造过程的裂化炉。
根据本发明的第四方面，提供一种可以降低矿物燃料消耗、环境负荷和处理烃类材料的成本的烃类材料处理方法。根据该烃类材料处理方法，热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体。将该热源气体供应到重整炉以重整烃类材料。具体而言，该烃类材料处理方法使用可燃气体作为重整炉的热源以在氢制造系统等中重整烃类材料。通过热解和气化各种废物、残渣烃类重油如从石油精制过程或石油化学加工中排出的重油、和有机物质如生物质中的至少一种来生产可燃气体。重整炉可以包括用于氢制造过程的重整炉。
通过下面的描述并结合附图，本发明的上述以及其他目的、特征和优点可以清楚地展现出来，附图中以示例的方式示出了本发明的优选实施方式。
附图说明
图1是显示乙烯制造系统的流程图；
图2是显示氢制造系统的流程图；
图3是显示根据本发明第一实施方式的烃类材料处理系统的流程图；
图4是显示可在图3所示的烃类材料处理系统中用作气化炉的内部循环流化床气化炉横截面图；
图5是显示根据本发明第二实施方式的烃类材料处理系统的流程图；
图6是显示根据本发明第三实施方式的烃类材料处理系统的流程图；
图7是显示根据本发明第四实施方式的烃类材料处理系统的流程图；
图8是显示根据本发明第五实施方式的烃类材料处理系统的流程图；和
图9是显示根据本发明第六实施方式的烃类材料处理系统的流程图。
具体实施方式
下面结合附图描述根据本发明的烃类材料处理系统的实施方式。在下面的实施方式中，与图1和图2中相同的那些附图标记用来指相同的元件。
本发明的目的之一是提供一种烃类材料处理系统，即使在将固体材料如废物、废塑料或生物质和残渣烃类重油如含有大量碳的热解焦油用作热源时，该处理系统也能够连续和稳定地用于乙烯制造系统中。当在裂化炉中形成稳定火焰以稳定裂化炉的温度和压力时，当热解管不被灰尘等原因磨损时，当传热速率不因灰尘等在管表面聚积而降低时，或当没有因酸性气体组分如含氯化合物或含硫化合物引起腐蚀时，可以实现稳定的操作。当以恒定速率供应具有恒定组分和恒定热值的气体时，可以形成稳定火焰。
因此，本发明的目的之一是提供一种乙烯制造系统，尽管将固体材料如废物、废塑料或生物质和残渣烃类重油如含有大量碳的热解焦油用作热源时，这种系统也能够以恒定速率连续地供应具有恒定组分和恒定热值的可燃气体，并且这种气体不含有大量灰尘或酸性气体组分如含氯化合物或含硫化合物。
图3是显示根据本发明第一实施方式的烃类材料处理系统的流程图。如图3所示，烃类材料处理系统包括气化炉10，气化炉10包括气化室11和燃烧室12。气体61和气体62分别从气化室11和燃烧室12排出。将气化炉10结合到如图1所示的乙烯制造系统中，从而形成烃类材料处理系统。
向气化炉10的气化室11中供应废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和有机物质如生物质55中的一种，或这些材料的组合。在气化室11中热解并气化供应的材料，得到含有可燃气体的气体61。产生的气体61作为热源供应至乙烯制造系统的裂化炉101。具体而言，通过在气化炉10中热解和气化废物，残渣烃类重油，和有机物质得到的产生的气体61被供应到乙烯制造系统的裂化炉101中，用以代替矿物燃料如石脑油。
设计裂化炉101以燃烧其中的气体。因此，难于将固体材料如废物51、废塑料52或生物质55作为热源直接供给裂化炉101。即使可以将固体材料直接供给裂化炉101，那么燃烧固体材料中挥发性组分之外的固体碳组分也要花费大量的时间。因此，难于实现稳定的燃烧和稳定的热回收。此外，如果残渣烃类重油如含有大量碳的热解焦油53被直接供给到裂化炉101，那么未挥发的固体碳组分会残留在裂化炉101中。因此，会花费大量的时间燃烧固体碳组分，从而难于实现稳定的燃烧和稳定的热回收。为了克服这些缺点，在本实施方式中，首先在气化炉10的气化室11中热解和气化材料，然后将产生的气体61用作裂化炉101的热源。
在本实施方式中，因为气化炉10包括气化室11和燃烧室12，所以即使在固体材料如废物、废塑料或生物质的情况下，也可以进行热解和气化，同时控制条件，如气化室11的温度。因此，产生的气体61具有恒定组分和恒定热值，并可供应到裂化炉101，用以代替矿物燃料。特别地，在流化床气化炉的情况下，即使供应的原料的量变化，也可以通过控制流化床的高度平衡这种变化。因此，可以防止因供应的原料的量变化而引起的产生的气体的压力变化。此外，用作热源的原料经热解和气化产生的残渣在燃烧后会产生灰粉。因此，在本实施方式中，由于气化室11和燃烧室12彼此分开，从而单独从残渣生成产生的气体61和燃烧气体62，因此产生的气体61几乎不含灰粉。此外，在流化床炉中，气化室中的空塔速度比燃烧室中的低，在气化室中混合进产生的气体中的床材料的量比在燃烧室中的小。因此，可以将含有少量灰尘的产生的气体61供应至裂化炉101。此外，通过将用于捕获氯或硫的脱氯剂或脱硫剂例如石灰石混合进气化炉10中，可以将产生的气体61以几乎不含有含氯化合物或含硫化合物的状态供应至裂化炉101。
在本实施方式中，在气化炉10的气化室11中产生的含有可燃气体的产生的气体61被供应至裂化炉101，并与乙烯制造系统中的废气209和燃烧空气210一起燃烧。废气209和燃烧空气210与产生的气体61分别地供应至裂化炉101。因此，热解烃类材料如石脑油所需的热量被供给到裂化炉101的反应管101a。
从裂化炉101的反应管101a排出的并在热交换器102中快速冷却的热解气体213通过油急冷塔103，水急冷塔104，压缩机105，酸性气体除去单元106，和脱水塔107供应至气体分离和精制单元108(参见图1)。热交换器102下游进行的过程与对图1所述的相同，因此不再重复说明。
图4是显示可用作气化炉10的内部循环流化床气化炉20的一个实例。如图4所示，内部循环流化床气化炉20具有气化室21，燃烧室22，和设于气化室21和燃烧室22间的分隔壁23。燃烧室22中设有分隔壁25和分隔壁26，从而形成热回收室221、床材料沉积室(bedmaterial settling chamber)222和主燃烧室223。气化室21和燃烧室22中容纳填充在气化室21和燃烧室22下部的床材料(微粒，如砂子)。如图4所示，供应空气57作为使床材料从燃烧室22底部开始流动的流动气体，供应水蒸汽56作为使床材料从气化室21底部开始流动的流动气体。
在内部循环流化床气化炉20中，气化室21中的床材料通过箭头63所示的床材料循环通道(图中未示出)进入燃烧室22的主燃烧室223。通过燃烧主燃烧室223中的碳组分，床材料温度升高。高温床材料按箭头64所示溢过分隔壁26进入床材料沉积室222。然后床材料沉积室222中的床材料通过分隔壁23下方的开口进入气化室21。具体而言，床材料在气化室21和燃烧室22之间循环。
此外，燃烧室22的主燃烧室223中的床材料按箭头65所示溢过分隔壁25进入热回收室221。然后热回收室221中的床材料通过分隔壁25下方的开口进入主燃烧室223。具体而言，床材料在主燃烧室223和热回收室221之间循环。
在内部循环流化床气化炉20中，以恒定速率将可燃物60供应到气化室21。可燃物60包括废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和生物质55中的一种或这些材料的组合(参见图3)。因此，可燃物60的挥发性组分热解(或热裂化)成热解物。可燃物60在气化室21中的热解产生含有大量碳的残渣。残渣与床材料一起按箭头63所示移动到燃烧室22。可燃物60的碳组分在燃烧室22中燃烧。燃烧的热量升高了床材料的温度。然后，高温床材料按箭头64所示进入气化室21，从而有助于进入气化室21的可燃物60的热解(或热裂化)。
当待热解(或热裂化)的可燃物60含有更多挥发性组分和更少固体碳时，将更少的碳组分与床材料一起按箭头63所示引入燃烧室。因此，减小燃烧室22中的燃烧量，从而不能保持气化室21所需的热量。在这种情况下，可燃物60也可被供应到燃烧室22，从而补偿燃烧室22中的燃烧量。
如上所述，包括废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和生物质55中的一种或这些材料的组合的可燃物60，被引入至内部循环流化床气化炉20的气化室21中，并在其中热解(或热裂化)。没有热解(或热裂化)的碳组分与床材料一起引入燃烧室22中，从而选择性地燃烧碳组分。
在图4所示的内部循环流化床气化炉20中，通过改变循环的床材料的量，可以控制气化室21和燃烧室22的流化床的温度。因此，通过根据供应到气化室的原料的量来调节循环的床材料的量，使得产生的气体具有恒定组分和恒定热值，这样可以调节气化室21和燃烧室22的流化床的温度，从而控制产生的气体的组分。
因此，包括废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和生物质55中的一种或这些材料的组合的可燃物60，被引入至内部循环流化床气化炉20的气化室21中，并在其中热解(或热裂化)。得到的产生的气体61在乙烯制造系统中作为热源供应到裂化炉101。这样，产生的气体61可以代替在常规乙烯制造系统中使用的矿物燃料。因此，可以降低制造乙烯的成本，也可降低从这种系统排出的二氧化碳的量。
在产生的气体61含有大量灰尘的情况下，可以清洗产生的气体61以防止故障，如产生的气体的输送管因冷凝或沉积而堵塞。当气化炉10和裂化炉101之间的距离长到使大分子烃或水蒸汽因产生的气体的输送管放热造成的温度下降而冷凝时，出于同样原因，也可以清洗产生的气体61。在这些情况下，优选使用去油器清洗产生的气体61。
由于流化床气化炉具有流化床，因此与载流床气化炉相比，流化床气化炉在对不燃物(固体材料)的耐性方面优异。此外，即使引入的可燃物的热量或量有所变化，流化床气化炉也能够比载流床气化炉更稳定地操作。特别地，当使用如图4所示的内部循环流化床气化炉20时，不燃物能够从气化室21的炉底排出，从而回收有价值的未被氧化的金属。这样，内部循环流化床气化炉比部分燃烧流化床气化炉更有效。此外，不燃物可以从燃烧室22的炉底排出，从而回收干净的不燃物。
在内部循环流化床气化炉20的情况下，床材料可以包括石灰石，使得石灰石在气化室21和燃烧室22间循环。在气化室21中，氧化钙(CaO)吸收CO2，从而转化成碳酸钙(CaCO3)。在燃烧室22中，CaCO3被热解成CaO，并与床材料一起移动到气化室21，用于吸收CO2。这样，可以得到具有相当少量CO2的可燃气体，作为产生的气体61。具体而言，可以回收具有较高热值的可燃气体作为产生的气体61。
当在炉中使用催化剂或吸附剂颗粒时，颗粒可以在内部循环流化床气化炉20中的气化室21(还原性气氛中)和燃烧室22(氧化性气氛中)循环。由于颗粒反复经受氧化和还原，所以催化剂或吸附剂颗粒可以在燃烧室22中再生并活化，从而在气化室21中起作用。例如，当床材料包括用于脱硫的碳酸钙(CaCO3)颗粒时，CaCO3颗粒在燃烧室22中热解成CaO。在气化室21中，CaO颗粒吸收氯组分，从而转化成CaCl2。然后，CaCl2在燃烧室22中热解成CaO。
图5是显示根据本发明第二实施方式的烃类材料处理系统的流程图。如图5所示，烃类材料处理系统设置有气化炉10，气化炉10包括气化室11和燃烧室12。气体61和气体62分别从气化室11和燃烧室12排出。将气化炉10结合到如图1所示的乙烯制造系统中，从而形成烃类材料处理系统。
向气化炉10的气化室11中供应废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和有机物质如生物质55中的一种或这些材料的组合。在气化室11中热解并气化供应的材料，得到含有可燃气体的气体61。产生的气体61作为热源供应至乙烯制造系统的裂化炉101。此外，通过在气化室11中热解和气化产生的热解残渣在燃烧室12中燃烧，产生燃烧气体62。燃烧气体62也作为热源供应至乙烯制造系统的裂化炉101。
使用这种结构，由于燃烧室12的燃烧气体62含有氧，所以可以减少供给到裂化炉101的燃烧空气210的量。此外，当高温约800-1000℃的燃烧气体62的显热被供给到裂化炉101时，可以在裂化炉101中有效地利用供应到气化炉10的可燃物的热量。
从裂化炉101的反应管101a排出并在热交换器102中快速冷却的热解气体213通过油急冷塔103，水急冷塔104，压缩机105，酸性气体除去单元106和脱水塔107供应至气体分离和精制单元108(参见图1)。热交换器102下游进行的过程与对图1所述的相同，因此不再重复说明。
图6是显示根据本发明第三实施方式的烃类材料处理系统的流程图。如图6所示，烃类材料处理系统设置有气化炉10，气化炉10包括气化室11和燃烧室12。气体61和气体62分别从气化室11和燃烧室12排出。将气化炉10结合到如图1所示的乙烯制造系统中，从而形成烃类材料处理系统。
向气化炉10的气化室11中供应废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和有机物质如生物质55中的一种或这些材料的组合。在气化室11中热解并气化供应的材料，得到含有可燃气体的气体61。产生的气体61作为热源供应至乙烯制造系统的裂化炉101。此外，通过在气化室11中热解和气化产生的热解残渣在燃烧室12中燃烧，产生燃烧气体62。烃类材料处理系统包括设置在气化炉10的燃烧室12下游的燃烧气体热交换器13和用于将燃烧空气210供应到裂化炉101的通道15。因此，燃烧气体62被供应至燃烧气体热交换器13，用于通过利用燃烧气体62的显热来预热待供应到裂化炉101的燃烧空气210。
使用这种结构，高温约800-1000℃的燃烧气体62的显热可以被供给到裂化炉101。因此，可以在裂化炉101中有效地利用供应到气化炉10的可燃物的热量。
在图6中，仅燃烧气体热交换器13被用于预热燃烧空气210。然而，可以使用两个或多个热交换器预热燃烧空气210。例如，可以通过设置在裂化炉101下游的热交换器102和燃烧气体热交换器13预热空气210。
从裂化炉101的反应管101a排出并在热交换器102中快速冷却的热解气体213通过油急冷塔103，水急冷塔104，压缩机105，酸性气体除去单元106和脱水塔107供应至气体分离和精制单元108(参见图1)。热交换器102下游进行的过程与对图1所述的相同，因此不再重复说明。
在第一、第二和第三实施方式中的每一个中，烃类材料处理系统使用包括裂化炉的乙烯制造系统。然而，烃类材料处理系统中的裂化炉不限于乙烯制造系统中的裂化炉。裂化炉可以包括用于热裂化烃类材料以制备除乙烯之外的烃(例如，轻质气体如LPG)的裂化炉。
图7是显示根据本发明第四实施方式的烃类材料处理系统的流程图。如图7所示，烃类材料处理系统设置有气化炉10，气化炉10包括气化室11和燃烧室12。气体61和气体62分别从气化室11和燃烧室12排出。将气化炉10结合到如图2所示的氢制造系统中，从而形成烃类材料处理系统。
向气化炉10的气化室11中供应废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和有机物质如生物质55中的一种或这些材料的组合。在气化室11中热解并气化供应的材料，得到含有可燃气体的气体61。产生的气体61作为热源供应至氢制造系统的重整炉133。具体而言，通过在气化炉10中热解和气化废物，残渣烃类重油，和有机物质得到的产生的气体61被供应到氢制造系统的重整炉133中，用以代替矿物燃料如石脑油。
在本实施方式中，在气化炉10的气化室11中产生的含有可燃气体的产生的气体61被供应至重整炉133，并与氢制造系统中的氢PSA废气232和燃烧空气234一起燃烧。废气232和燃烧空气234与产生的气体61分别地被供应至重整炉101。因此，重整烃类材料如石脑油所需的热量被供给到重整炉13的反应管133a。气化炉10可以使用流化床气化炉，更具体而言，使用如图4所示的内部循环流化床气化炉20。氢制造过程与对图2所述的相同，因此不再重复说明。
因此，包括废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和生物质55中的一种或这些材料的组合的可燃物，被引入至气化炉10的气化室11中，并在其中热解(或热裂化)。得到的含有可燃气体的产生的气体61作为热源供应到氢制造系统中的重整炉133。这样，产生的气体61可以代替常规氢制造系统中使用的矿物燃料。因此，可以降低制造氢的成本，也可降低从这种系统排出的二氧化碳的量。
在产生的气体61含有大量灰尘的情况下，可以清洗产生的气体61以防止故障，如产生的气体的输送管因冷凝或沉积而造成的堵塞。当气化炉10和重整炉133之间的距离长到使大分子烃或水蒸汽因产生的气体的输送管放热造成的温度下降而冷凝时，出于同样原因，也可以清洗产生的气体61。在这些情况下，优选使用去油器清洗产生的气体61。
图8是显示根据本发明第五实施方式的烃类材料处理系统的流程图。如图8所示，烃类材料处理系统设置有气化炉10，气化炉10包括气化室11和燃烧室12。气体61和气体62分别从气化室11和燃烧室12排出。将气化炉10结合到如图2所示的氢制造系统中，从而形成烃类材料处理系统。
向气化炉10的气化室11中供应废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和有机物质如生物质55中的一种或这些材料的组合。在气化室11中热解并气化供应的材料，得到含有可燃气体的气体61。产生的气体61作为热源供应至氢制造系统的重整炉133。此外，通过在气化室11中热解和气化产生的热解残渣在燃烧室12中燃烧，产生燃烧气体62。燃烧气体62也作为热源供应至氢制造系统的重整炉133。
使用这种结构，由于燃烧室12的燃烧气体含有氧，所以可以减少供给到重整炉133的燃烧空气234的量。此外，当高温约800-1000℃的燃烧气体62的显热被供给到重整炉133时，可以在重整炉133中有效地利用供应到气化炉10的可燃物的热量。氢制造过程与对图2所述的相同，因此不再重复说明。
图9是显示根据本发明第六实施方式的烃类材料处理系统的流程图。如图9所示，烃类材料处理系统设置有气化炉10，气化炉10包括气化室11和燃烧室12。气体61和气体62分别从气化室11和燃烧室12排出。将气化炉10结合到如图2所示的氢制造系统中，从而形成烃类材料处理系统。
向气化炉10的气化室11中供应废物51、废塑料52、热解焦油53、残渣烃类重油54和有机物质如生物质55中的一种或这些材料的组合。在气化室11中热解并气化供应的材料，得到含有可燃气体的气体61。产生的气体61作为热源供应至氢制造系统的重整炉133。此外，通过在气化室11中热解和气化产生的热解残渣在燃烧室12中燃烧，产生燃烧气体62。烃类材料处理系统包括设置在气化炉10的燃烧室12下游的燃烧气体热交换器14和用于将燃烧空气234供应到重整炉133的通道16。因此，燃烧气体62被供应至燃烧气体热交换器14，用于利用燃烧气体62的显热来预热待供应到重整炉133的燃烧空气234。
使用这种结构，高温约800-1000℃的燃烧气体62的显热被供给到重整炉133。因此，可以在重整炉133中有效地利用供应到气化炉10的可燃物的热量。
在图9中，仅燃烧气体热交换器14被用于预热燃烧空气234。然而，可以使用两个或多个热交换器预热燃烧空气234。例如，可以通过设置在重整炉133下游的热交换器134，燃烧气体热交换器14，和设置在重整炉133中部的热交换器预热空气234。氢制造过程与对图2所述的相同，因此不再重复说明。
在第四、第五和第六实施方式中的每一个中，烃类材料处理系统使用包括重整炉的氢制造系统。然而，烃类材料处理系统中的重整炉不限于氢制造系统中的重整炉。重整炉可以包括用于重整其他烃的重整炉。例如，可以将烃类及重整剂如水蒸汽、氢或烃一起供应到重整炉中，从而进行催化重整过程，得到汽油。
尽管前面显示和描述了本发明的一些优选实施方式，但应当理解，在不脱离所附权利要求书范围的前提下，可以对它们做出各种变化和修改。
工业实用性
本发明适用于在石油精制过程或石油化学加工中的在裂化炉中热裂化烃类材料或在重整炉中重整烃类材料的烃类材料处理系统。
Claims (20)
1.一种烃类材料处理系统，其包括：
用于热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体的气化炉；和
用于通过利用在所述气化炉中产生的热源气体来热裂化烃类材料的裂化炉。
2.如权利要求1所述的烃类材料处理系统，其中所述裂化炉包括用于乙烯制造过程的裂化炉。
3.如权利要求1所述的烃类材料处理系统，其中所述气化炉被构造为通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种单独产生第一气体，和通过燃烧所述热解和气化的残渣单独产生第二气体。
4.如权利要求3所述的烃类材料处理系统，其中所述第二气体用作所述裂化炉的热源气体。
5.如权利要求3所述的烃类材料处理系统，其进一步包括：
通过所述第二气体预热空气的热交换器；和
将所述预热的空气供应到所述裂化炉的通道。
6.一种烃类材料处理系统，其包括：
用于热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体的气化炉；和
用于通过利用在所述气化炉中产生的热源气体来重整烃类材料的重整炉。
7.如权利要求6所述的烃类材料处理系统，其中所述重整炉包括用于氢制造过程的重整炉。
8.如权利要求6所述的烃类材料处理系统，其中所述气化炉被构造为通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种单独产生第一气体，和通过燃烧所述热解和气化的残渣单独产生第二气体。
9.如权利要求8所述的烃类材料处理系统，其中所述第二气体用作所述重整炉的热源气体。
10.如权利要求8所述的烃类材料处理系统，其进一步包括：
通过所述第二气体预热空气的热交换器；和
将所述预热的空气供应到所述重整炉的通道。
11.一种烃类材料处理方法，其包括：
热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体；和
将所述热源气体供应到用于热裂化烃类材料的裂化炉。
12.如权利要求11所述的烃类材料处理方法，其中所述裂化炉包括用于乙烯制造过程的裂化炉。
13.如权利要求11所述的烃类材料处理方法，其中所述热解和气化包括通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种单独产生第一气体，和通过燃烧所述热解和气化的残渣单独产生第二气体。
14.如权利要求13所述的烃类材料处理方法，其中所述第二气体用作所述裂化炉的热源气体。
15.如权利要求13所述的烃类材料处理方法，其进一步包括：
通过与所述第二气体热交换预热空气；和
将所述预热的空气供应到所述裂化炉。
16.一种烃类材料处理方法，其包括：
热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种以产生热源气体；和
将所述热源气体供应到用于重整烃类材料的重整炉。
17.如权利要求16所述的烃类材料处理方法，其中所述重整炉包括用于氢制造过程的重整炉。
18.如权利要求16所述的烃类材料处理方法，其中所述热解和气化包括通过热解和气化废物、残渣烃类重油和有机物质中的至少一种单独产生第一气体，和通过燃烧所述热解和气化的残渣单独产生第二气体。
19.如权利要求18所述的烃类材料处理方法，其中所述第二气体用作所述重整炉的热源气体。
20.如权利要求18所述的烃类材料处理方法，其进一步包括：
通过与所述第二气体热交换预热空气；和
将所述预热的空气供应到所述重整炉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090520 Termination date: 20110127 |