CN206279156U - 一种生物重油常压裂解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了生物重油常压裂解装置，包括燃料油罐、原料油罐、加热炉、分馏塔、换热器、水冷却箱、气液分离罐、尾气液封罐、中间罐和泵组，上述部件经管线、自控阀门和仪表组成成套的装置。为避免原料生物重油受热固化，设有液相甲醇伴随进料和热甲醇蒸汽汽提系统。为避免局部过热结焦和充分使用热能，设有顶部对流段热能回收的立式燃油加热炉。便于甲醇醚化和生物重油裂反应充分，原料快进快出。本实用新型将生物重油在3％—5％甲醇参与下300℃—500℃常压无催化剂快速裂解，生产80％以上含醚结构的生物质汽油、柴油、煤油馏分，用于调和对应成品油。同时将所有干气、废液、渣油作为自身加热炉燃料使用，整个过程清洁生产，不耗水，无污染排放。

Description

一种生物重油常压裂解装置

技术领域

本实用新型涉及化工领域的化学反应及分离设备，特别涉及一种生物重油常压裂解装置。

背景技术

国家标准《柴油机燃料调和用生物柴油(BD100)》GB/T 20828-2015描述：生物柴油是由动植物油脂与醇(例如甲醇或乙醇)经酯交换制得的脂肪酸单烷基酯，最典型的为脂肪酸甲酯(FAME)，以BD100表示。

生物柴油生产过程中为确保产品品质，一般都会有蒸馏工序，通过沸点差异分离轻组分和重组分。轻组分主要为混合的脂肪酸甲酯和少量脂肪酸，为色浅清澈透明油状液体，用于生产国标生物柴油。重组分即塔底重油主要为分子量大、沸点高的甘三酯、甘二酯、甘一酯及少量油脂的聚合物、生物沥青等，黑色不透明，黏度较大，为常温可流动的粘稠油状液体，可定义为生物重油。生物重油主要组成为分子量大、沸点高的甘三酯(50％～80％w)、甘二酯(10％～30％w)、甘一酯(5％～15％w)及少量油脂的聚合物(2％～4％w)、生物沥青(1％～3％w)等(组成酯的脂肪酸碳数14～24，沸点≥230℃)，黑色不透明，黏度较大，常温可流动的粘稠油状液体。硫含量低于0.05％，热值超过普通0#柴油，具有良好的燃料性能。伴随生物柴油生产，大量生物重油可不断同时生产。生物重油闪点高于180℃，便于安全储运。生物重油来源于动植物油脂，无生物毒性和环境危害。

生物重油的主体化学结构为脂肪酸碳链，包括羧基、羟基，碳氢键、碳氧键、氢氧键、碳碳单键、碳碳双键、共轭双键，直链或支链。生物重油以碳、氢、氧、少量的硫、氮、磷和金属元素为主要元素组成的大分子(平均相对分子质量300-1200)烷基酯类和非烷基酯的混合物。除去其酯键部分，可以粗略视作饱和和不饱和烷烃混合物。生物重油的热反应除氢氧元素易脱除形成水外，其余主要遵循自由基链反应历程，即链的引发，链的增长和链 的终止。其特点是液相反应，在液相中分子密集，生成的自由基会被临近的自由基和其他分子围住，易于相互碰撞，使链反应终止，降低链反应速率，产生部分缩合产物和分解产物。脱除的水在热环境中为高活性物质，可加速相应的缩合和分解反应。生物重油在热转化时主要沿着裂解和缩合两个方向进行，热裂解吸热，缩合放热，但在宏观整体上表现为吸热反应。产物有比生物重油更轻的气体和馏分油，也有更重的产物，甚至焦炭。

烷烃的热反应主要有碳碳键断裂生成较小分子的烷烃和烯烃，以及碳氢键断裂生成碳原子数保持不变的烯烃和氢气，都是强吸热过程。烷烃的键能规律：碳碳键的键能小于碳氢键，因此碳碳键更易于断裂；长链烷烃中，越靠近中间处，其碳碳键能越小，也就越容易断裂；随着相对分子质量的增大，烷烃中碳碳键和碳氢键的键能都呈减小的趋势，也就是热稳定性逐渐下降；异构烷烃中的碳碳键及碳氢键的键能都小于正构烷烃，异构烷烃更易于断链和脱氢；烷烃分子中叔碳上的氢最容易脱除，其次是仲碳上的，而伯碳上的氢最难脱除。

从热力学判断，在500℃左右，烷烃脱氢反应进行的可能性不大。当温度高达700℃左右时，脱氢反应的可能性明显增大。从动力学考虑，烃类的热解反应性是以其反应速度来判断的，通常随着温度的升高，烃类的反应速度迅速增大；随着烷烃相对分子质量的增大，其反应速度明显加快；在分子中碳数相同的情况下，异构烷烃的热解反应速率比正构烷烃稍快。生物重油的热反应在350℃—400℃之间已很剧烈。当氢气存在时，同样为自由基反应，但与前者不同，氢的存在可明显抑制各种类型的缩合反应，从而抑制焦炭的生成。在碳碳键断裂时，暴露的端口需要氢或其他活泼的自由基弥补，否则只能是靠其余的碳氢键断裂脱除的氢来弥补，多余的碳则相互积聚，形成焦炭，特别是碳碳双键键能高，若无氢补全，更易碳碳聚合。氢碳比高低差异在石油和煤炭中有明显体现。煤的热解也自然分离出焦炭和焦油。

重油的加氢一般需要12—18MPa压力和催化剂。生物重油含有一定比例的氧元素，加氢时会产生水，对常规加氢的催化剂有阻碍作用，生物重油容易碳化，也不适应常规的加氢工艺。为实现生物重油常压热反应并避免过度聚合，使反应向馏分油方向进行，关键在于碳碳双键的补全和碳碳键断裂时 端口的弥补。参考油脂环氧化过程碳碳双键与氧的结合由双氧水的过氧自由基补入，并非纯氧高压高温接触。事实上油脂纯氧接触极易爆炸，即使用双氧水与油脂环氧化反应，仍需要及时移除反应热和控制反应速度，以免发生爆炸。生物重油碳碳双键的常压补全使用了另一种化学反应途径：用甲醇(CH₃OH)带入活性基团进行醚化反应。

主反应为碳碳双键被甲醇醚化后，碳链以类似饱和烷烃热反应方式断裂，形成较小分子量的新的饱和烷烃和烯烃，新的烯烃再次被甲醇醚化，最终形成饱和烷烃和烷基醚的混合物。之后进行分馏，提取相应馏分，可作为汽油、柴油、煤油及燃料油调和组分使用。甲醇醚化后的燃料降低了不稳定的碳碳双键含量，有效避免了燃料储存过程的氧化变色，并能改善燃烧性能。

化学原理最终用于生产，需要结合化工原理和相关科学技术的专门装置来实现。工欲善其事必先利其器，但当前尚缺乏应用上述原理，将生物重油在常压下实现裂化，生产优质生物质成品油调和组分的装置。针对生物重油，现有技术主要是作为燃料油或生物沥青简单应用。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供了一种生物重油常压裂解装置，使得生物重油最大化加工为生物质汽油、生物质柴油和生物质煤油馏分，从而增加了生物重油经济效益。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种生物重油常压裂解装置，包括燃料油罐、原料油罐、加热炉、分馏塔、换热器、水冷却箱、气液分离罐、尾气液封罐、中间罐和泵组，上述部件经管线、自控阀门和仪表组成成套的装置。

所述的装置还设置有液相甲醇伴随进料和热甲醇蒸汽汽提系统。

所述的加热炉为顶部对流段热能回收的立式燃油加热炉。

所述分馏塔包括5座精馏塔。

所述常压裂解装置设置4个中间罐。

所述的换热器包括两个A油换热器、一个B油换热器和一个C油换热器。

本实用新型将生物重油在3％—5％甲醇参与下300℃—500℃常压无催化剂快速裂解，生产80％以上含醚结构的生物质汽油、柴油、煤油馏分，用于调和对应成品油。同时将所有干气、废液、渣油作为自身加热炉燃料使用，整个过程清洁生产，不耗水，无污染排放。自动化控制和裂解分馏的平衡操作，使整个生产过程能耗低、效率高，技术经济优势明显。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。

参见图1，一种生物重油常压裂解装置，包括燃料油罐、原料油罐、加热炉、分馏塔、换热器、水冷却箱、气液分离罐、尾气液封罐、中间罐和泵组，上述部件经管线、自控阀门和仪表组成成套的装置。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述常压裂解装置为避免原料生物重油受热固化，设置有液相甲醇伴随进料和热甲醇蒸汽汽提系统。

需要说明的是，液相甲醇伴随进料和热甲醇蒸汽汽提系统为图1中的F进装置。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述常压裂解装置为避免局部过热结焦和充分使用热能，设置有顶部对流段热能回收的立式燃油加热炉。便于甲醇醚化和生物重油裂反应充分，原料快进快出。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述常压裂解装置为精确分离不同馏分，设置5座精馏塔，用于精确分离不同馏分。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述常压裂解装置将干气和不合格 液体燃料全部作为燃料回用于加热炉。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述常压裂解装置设置4个中间罐，用于收集不同馏分调配目标产品。

具体的，参见图1，一种生物重油常压裂解装置，主要包括原料油罐、燃料油罐，甲醇进料系统(F进装置)。甲醇和生物重油顺序经C、B、A油换热器预热后进入分馏塔1脱除部分轻物质和夹带的水分，之后经分馏塔1底油泵进入加热炉对流段初步加热。另一路甲醇在加热炉过热气化后在原料油进入加热炉前混合，一同进入加热炉辐射段强热裂解和醚化反应。反应后进入分馏塔2，在分馏塔底分离出聚合的重质油成分A油，A油经两组A油换热器将热量换给原料和甲醇第三、四级预热后，经水冷却箱进一步冷却后出装置，经沉淀过滤后可调配用作本装置加热炉的燃料，储存于燃料罐内。

分馏塔2顶部出料进入分馏塔3，在底部分离出类似蜡油的B油，B油经B油换热器将热量换给原料和甲醇第二级预热后，经水冷却箱进一步冷却后出装置，进入B油中间罐，经B油中转油泵出装置。

顶部出料分馏塔3进入分馏塔4，在底部分离出类似重柴的C油，C油经C油换热器将热量换给原料和甲醇第一级预热后，经水冷却箱进一步冷却后出装置，进入C油中间罐，经C油中转油泵出装置。

顶部出料分馏塔4进入分馏塔5，在底部分离出类似轻柴的D油，经水冷却箱冷却后进入D油中间罐，经D油中转油泵出装置。在顶部分离出类似汽油的E油，经水冷却箱冷却后进入E油中间罐，经E油中转油泵出装置。

为避免系统憋压，各分馏塔及中间罐放空汇聚到气液分离管和尾气液封罐后，经凝缩液收集罐将液体并入E油，出装置。干气则进入加热炉作为本装置自用燃料安全使用。

其中，所述的原料油罐通过原料油泵与C油换热器相连，C油换热器分别顺序通过B、A油换热器后与分馏塔1相连，分馏塔1通过分馏塔1底油泵连接到加热炉对流段，加热炉还与分馏塔2相连，分馏塔2经两组A油换热器与水冷却箱相连，水冷却箱上连接有A油出装置；分馏塔2顶部出料口与分馏塔3相连，分馏塔3与B油换热器相连，B油换热器与水冷却箱相连，水冷却箱通过B油中间罐和B油中转油泵后与B油出装置相连；分馏塔3顶 部出料口与分馏塔4相连，分馏塔4与C油换热器相连，C油换热器与水冷却箱相连，水冷却箱通过C油中间罐和C油中转油泵后与C油出装置相连；分馏塔4顶部出料口与分馏塔5相连，分馏塔5与水冷却箱相连，水冷却箱通过D油中间罐和D油中转油泵后与D油出装置相连；水冷却箱还与E油中间罐相连，E油中间罐通过E油中转油泵与E油出装置相连；水冷却箱还与气液分离罐相连，气液分离罐与尾气液封罐相连，尾气液封罐分别与分馏塔1、分馏塔2、分馏塔3、分馏塔4和分馏塔5相连；E油中间罐通过凝缩液收集罐与气液分离罐相连；燃料油罐通过燃料油泵与加热炉相连。

B、C、D、E油根据闪点、冷滤点、凝点、馏程、色度、热值、黏度、十六烷值/辛烷值具体指标依对应国家标准和行业标准调配各类目标成品油。

本装置主体材质均选用SUS304材质，所有泵、自动阀、仪表、照明、配电柜等均选用防爆设备。所有法兰均选用等电位跨接，整个装置满足布局、强度、结构、防雷防静电、防火防爆相应标准和法规要求。

甲醇和原料经在线流量计按比例配合，在原料油泵后在线混合。加热炉炉膛温度对燃料流量、加热后物料出口温度对进料流量自控。

分馏塔1提馏段φ50鲍尔环填料，精馏段Y125波纹填料。分馏塔2提馏段φ50鲍尔环填料，精馏段Y350波纹填料。分馏塔3提馏段φ50鲍尔环填料，精馏段Y250波纹填料。分馏塔4提馏段φ50鲍尔环填料，精馏段Y125波纹填料。分馏塔5提馏段φ50鲍尔环填料，精馏段Y125波纹填料。各分馏塔底部均设有过热甲醇蒸汽进入的分布器，用于汽提分离对应的轻质馏分，改善分离效果和增加轻质馏分收率，降低重质馏分黏度。

原料油进加热炉，燃料油进加热炉，A油出装置均设置可灵活调温控温的防爆电伴热带，防管道内低温凝固。整个装置以对应温度设置保温隔热层，以节约能耗和避免烫伤。

干气系统设置安全阀和回火阻火器，确保紧急超压时的安全泄放。泄放气引入加热炉内安全燃烧处理。废液、渣油则调和进入燃料油罐，作为自身加热炉燃料使用，整个过程清洁生产，不耗水，无污染排放。自动化控制和裂解分馏的平衡操作，使整个生产过程能耗低、效率高，技术经济优势明显。

使用时，根据加热炉工作能力和产品比例要求调整加热炉出料温度、甲 醇比例，将生物重油在3％—5％甲醇参与下300℃—500℃常压无催化剂快速裂解，生产80％以上含醚结构的生物质汽油、柴油、煤油馏分，用于调和对应成品油。运行一年左右或其他安排检修时，将装置内料退净，与其他装置安全隔离，加热状态引入过热水蒸气，掺加部分比例空气烧焦，使加热炉管重新清洁可用。精馏塔内则通过人孔打开检修，清理或更换填料。

正常使用情况，每一年拆检一次。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种生物重油常压裂解装置，其特征在于，包括燃料油罐、原料油罐、加热炉、分馏塔、换热器、水冷却箱、气液分离罐、尾气液封罐、中间罐和泵组，上述部件经管线、自控阀门和仪表组成成套的装置；所述的原料油罐通过原料油泵与C油换热器相连，C油换热器分别顺序通过B、A油换热器后与分馏塔1相连，分馏塔1通过分馏塔1底油泵连接到加热炉对流段，加热炉还与分馏塔2相连，分馏塔2经两组A油换热器与水冷却箱相连，水冷却箱上连接有A油出装置；分馏塔2顶部出料口与分馏塔3相连，分馏塔3与B油换热器相连，B油换热器与水冷却箱相连，水冷却箱通过B油中间罐和B油中转油泵后与B油出装置相连；分馏塔3顶部出料口与分馏塔4相连，分馏塔4与C油换热器相连，C油换热器与水冷却箱相连，水冷却箱通过C油中间罐和C油中转油泵后与C油出装置相连；分馏塔4顶部出料口与分馏塔5相连，分馏塔5与水冷却箱相连，水冷却箱通过D油中间罐和D油中转油泵后与D油出装置相连；水冷却箱还与E油中间罐相连，E油中间罐通过E油中转油泵与E油出装置相连；水冷却箱还与气液分离罐相连，气液分离罐与尾气液封罐相连，尾气液封罐分别与分馏塔1、分馏塔2、分馏塔3、分馏塔4和分馏塔5相连；E油中间罐通过凝缩液收集罐与气液分离罐相连；燃料油罐通过燃料油泵与加热炉相连。

2.根据权利要求1所述的生物重油常压裂解装置，其特征在于，所述的装置还设置有液相甲醇伴随进料和热甲醇蒸汽汽提系统。

3.根据权利要求1所述的生物重油常压裂解装置，其特征在于，所述的加热炉为顶部对流段热能回收的立式燃油加热炉。

4.根据权利要求1所述的生物重油常压裂解装置，其特征在于，所述分馏塔包括5座精馏塔。

5.根据权利要求1所述的生物重油常压裂解装置，其特征在于，所述常压裂解装置设置4个中间罐。

6.根据权利要求1所述的生物重油常压裂解装置，其特征在于，所述的换热器包括两个A油换热器、一个B油换热器和一个C油换热器。