CN215743335U - 一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于重油连续裂解‑气化的流化床装置，具有重油转化率高、焦炭产率低、不产生石油焦以及带压操作易于工业化放大的特点，实现重油的分级转化处理，包括料单元、裂解‑气化单元以及油品回收单元；进料单元包括颗粒加压进料装置、重油加压进料装置、加压混合器、蒸汽发生进料装置和流化气储罐；裂解‑气化单元包括裂解反应器、气化反应器和储焦罐；进料单元实现油气在高压环境下的高效雾化、连续稳定进料、固体颗粒在线加入、重油的裂解气化；裂解‑气化单元通过调控重油的转化深度，强化重油的裂解反应，优化裂解产物的分布，提高液体产物的产率，降低焦炭产率；油品回收单元实现对油品中重质及轻质组分的分级回收。

Description

一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置

技术领域

本实用新型属于能源化工领域，具体涉及一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置。

背景技术

石油资源重质化、劣质化程度的不断加深与轻质油品需求的快速增长、环境保护日益严格之间的矛盾，加速了重油加工新技术的开发。

目前，重油加工工艺基本上有两大类：脱碳技术和加氢技术，属于脱碳技术的热加工技术占重油加工处理量的比重较大，大约70％左右。延迟焦化是重要的脱碳技术手段，具有工艺成熟、设备简单、操作费用低等特点，同时该技术也存在间歇性操作带来装置负荷波动较大、加热炉易结焦、原料要求高等缺点。重油加氢工艺存在投资大、操作费用高、氢源不足以及催化剂失活等问题，目前国内加氢工艺多针对与馏分油的加氢精制制取清洁燃料油，直接应用于重油加工较少。以悬浮床为代表的劣质重油加工工艺有待工业化进一步验证。因此，改进现有重油加工工艺或者开发新技术显得极为迫切。

为了实现重油的轻质化高效综合利用，采用重油裂解与气化耦合工艺，实现重油高效分级转化的目的。该技术利用流化床反应器，借助其气固通量大、气固接触效率高、操作范围宽以及运行稳定等优点，利用固体颗粒的高倍率循环以及热载体的催化活性，保证流化床内物料的径向分布均匀和接触时间短，强化重油的裂解反应和石油焦的气化反应。对提高重油的转化深度、改善产品分布和提高产品质量具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，具有重油转化率高、焦炭产率低、不产生石油焦以及带压操作易于工业化放大的特点，实现重油的分级转化处理。

为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案为：包括进料单元、裂解-气化单元以及油品回收单元；所述进料单元包括颗粒加压进料装置、重油加压进料装置、加压混合器、蒸汽发生进料装置和流化气储罐，所述重油加压进料装置、所述蒸汽发生进料装置和所述流化气储罐均连接至所述加压混合器，所述流化气储罐还连接至所述颗粒加压进料装置；所述裂解-气化单元包括裂解反应器、气化反应器和储焦罐，所述加压混合器和所述颗粒加压进料装置均连接至所述裂解反应器，所述裂解反应器设置有反吹气口，所述反吹气口连接至所述流化气储罐，所述裂解反应器的底部连接至所述储焦罐，所述裂解反应器内设置有裂解过滤器、循环密封器和内置分段热电偶，所述循环密封器连接至所述气化反应器，所述气化反应器设置有气化过滤器，所述气化过滤器连接至所述裂解反应器的底部，所述蒸汽发生进料装置还连接至所述气化反应器和所述裂解反应器的底部，所述裂解反应器内靠近顶部的位置设置有内置过滤网，所述裂解反应器内靠近底部的位置设置有流化分布板；所述裂解过滤器连接至所述油品回收单元。

进一步地，所述油品回收单元包括依次连接的一级冷凝器、一级回收罐、二级冷凝器、二级回收罐和制冷罐，所述一级冷凝器与所述裂解过滤器连接。

进一步地，还包括气体分析组件，所述气体分析组件包括与所述二级回收罐连接的不凝气取样瓶，以及与所述气化过滤器连接的气化气取样瓶。

进一步地，所述裂解反应器内设置有重油进料管和固体颗粒进料管，所述重油进料管与所述加压混合器连接，所述固体颗粒进料管与所述颗粒加压进料装置连接，所述重油进料管的底部设置有内置喷嘴。

进一步地，所述重油进料管与所述裂解反应器卡套式连接，所述重油进料管的管口深入位置在所述裂解反应器的床层以上，或者深入所述裂解反应器的床层小于等于1/3的料位高度；所述内置喷嘴的层数设置为多层，每层包括多个所述内置喷嘴，最上层的所述内置喷嘴位于床层上部，其余层的所述内置喷嘴位于床层中下部。

进一步地，所述的颗粒加压进料装置包括依次设置的颗粒储罐、颗粒加压罐和颗粒发送罐；所述重油加压进料装置包括依次设置的重油加压进料泵、重油预热器和重油喷雾器；所述蒸汽发生进料装置包括依次设置的蒸汽加压发生器和过热蒸汽加热器。

进一步地，所述裂解反应器包括从上往下依次设置的扩大段、过渡段、流化段和锥体段，所述裂解反应器的高径比3.0～10.0，扩大段的高径比1.2～2.0，流化段的高径比1.0～5.0，过渡段的锥体角度90～150°，锥体段的锥体角度10～45°。

进一步地，所述内置过滤网为金属、纳米金属丝网和高密度填料中的一种或多种组合，所述内置过滤网的孔径为1～10mm，形成滤饼压差为2～40kPa，所述内置过滤网设置有多个反吹气孔。

进一步地，所述裂解过滤器和所述气化过滤器的滤芯材质均为石英棉、金属烧结物、陶瓷过滤网和微米合金网中的一种或多种的组合，滤芯的粒径范围10～100μm，操作温度350～1100℃，操作压力0.001～7.0MPa。

进一步地，所述内置分段热电偶分为多段，用于检测所述裂解反应器中不同料位高度的反应温度及分段控制不同区域的温度；所述流化分布板的孔数5～50个，孔内径1～10mm，所述流化分布板的顶部设置气体挡板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)采用流化床连续重油裂解-气化工艺，利用固体颗粒的高倍率循环以及热载体的催化活性，保证流化床内物料的均匀径向分布和短接触时间，强化重油的连续裂解反应和石油焦的间歇气化反应，调控重油的转化深度，优化裂解产物的分布，提高液体产物的产率，降低焦炭产率。解决了：1)未充分利用重劣质油中的油气分子与氢元素，重油资源利用率低；2)重油脱碳工艺存在间歇操作、加工能力低以及液体收率低等问题，且产生大量难以处理、低价值的高硫石油焦；3)重油加氢工艺中缺少大量氢源，且加氢技术的投资和成本较高等问题；

(2)在裂解反应器内设置内置过滤网、裂解过滤器，实现裂解反应器内部的高温含固油气的二级气固分离，防止固体颗粒后移进入油气回收单元，捕集的石油焦作为热载体和反应活性中心在反应器内循环使用，提高重油的转化率；

(3)采用间歇方式的固体颗粒在线加入和气化排焦工艺，根据反应器内温度变化在线加入固体颗粒，保证气化反应器的焦炭量，提供充足的热量。同时，解决在流化过程中大粒径颗粒磨损变小而被带出的问题；

(4)该装置可连续处理不同种类重油原料，原料适应性广、资源深度利用、转化效率高，易于大型化和规模化，是一种经济合理的重油分解转化利用方案，具有重油转化率高、焦炭产率低、不产生石油焦以及带压操作易于工业化放大等特点，实现重油的分级转化处理，具有较好的市场应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

其中，1、颗粒加压进料装置；2、重油加压进料装置；3、加压混合器；4、蒸汽发生进料装置；5、流化气储罐；6、裂解反应器；7、内置过滤网；8、裂解过滤器；9、反吹气口；10、重油进料管；11、固体颗粒进料管；12、内置分段热电偶；13、内置喷嘴；14、循环密封器；15、流化分布板；16、储焦罐；17、气化过滤器；18、气化反应器；19、一级冷凝器；20、一级回收罐；21、二级冷凝器；22、二级回收罐；23、不凝气取样瓶；24、制冷罐；25、气化气取样瓶。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，具体参见图1，其包括进料单元、裂解-气化单元以及油品回收单元；

具体地，进料单元包括颗粒加压进料装置1、重油加压进料装置2、加压混合器3、蒸汽发生进料装置4和流化气储罐5，重油加压进料装置2、蒸汽发生进料装置4和流化气储罐5均连接至加压混合器3，流化气储罐5还连接至颗粒加压进料装置1；更加具体地，颗粒加压进料装置1的底部与流化气储罐5相连；

具体地，裂解-气化单元包括裂解反应器6、气化反应器18和储焦罐16，加压混合器3和颗粒加压进料装置1均连接至裂解反应器6，裂解反应器6设置有反吹气口9，反吹气口9连接至流化气储罐5，裂解反应器6的底部连接至储焦罐16，裂解反应器6内设置有裂解过滤器8、循环密封器14和内置分段热电偶12，循环密封器14连接至气化反应器18，气化反应器18设置有气化过滤器17，气化过滤器17连接至裂解反应器6的底部，蒸汽发生进料装置4还连接至气化反应器18和裂解反应器6的底部，裂解反应器6内靠近顶部的位置设置有内置过滤网7，裂解反应器6内靠近底部的位置设置有流化分布板15，裂解过滤器8连接至油品回收单元；更加具体地，裂解反应器6的顶部与加压混合器3的出口及颗粒加压进料装置1的出口相连，裂解反应器6筒体上部设置反吹气口9、重油进料管10、固体颗粒进料管11和内置分段热电偶12，筒体下部设置循环密封器14和流化分布板15，筒体内部设置内置过滤网7、裂解过滤器8、内置喷嘴13；裂解反应器6的底部与储焦罐16相连；气化反应器18的入口与循环密封器14相连，气化反应器18的上部出口设置气化过滤器17与裂解反应器6的底部相连，下部出口与气化气取样瓶25相连；裂解反应器6内设置有重油进料管10和固体颗粒进料管11，重油进料管10与加压混合器3连接，固体颗粒进料管11与颗粒加压进料装置1连接，重油进料管10的底部设置有内置喷嘴13。

具体地，油品回收单元包括依次连接的一级冷凝器19、一级回收罐20、二级冷凝器21、二级回收罐22和制冷罐24，一级冷凝器19与裂解过滤器8连接；更加具体地，裂解反应器6的顶部出口相连一级冷凝器19，一级回收罐20的入口与一级冷凝器19的出口相连，一级回收罐20的出口依次与二级冷凝器21、二级回收罐22相连；二级回收罐22的顶部出口与不凝气取样瓶23相连，二级回收罐22的底部入口与制冷罐24的出口相连。

本实施例的循环密封器14将裂解反应器6产生的固体颗粒送至气化反应器18，循环密封器14通过设置特殊的料封装置，防止气化反应器18中的高温气体通过气化反应器18反窜进入裂解反应器6。气化反应器18设置高压冷却装置，控制气化产生的固体颗粒在线排出量，维持气化温度。

本实施例的裂解反应器6与气化反应器18根据裂解-气化的反应条件，实现在线间歇的进料、取样与排料，控制裂解反应器6与气化反应器18的反应温度与反应深度。裂解原料包括原油、FCC油浆、常减压渣油、含固煤焦油、液化残渣、含油污泥的一种或多种的组合。原料适用性质为高硫(S>1～9％)、高金属(>300μg/g)和高残炭(CCR>18％)。

本实施例的重油进料管10为卡套式连接，管口深入位置可在裂解反应器6的床层以上，或者深入床层不大于1/3的料位高度。内置喷嘴13层数为1～3层，最上面一层喷嘴位于床层上部，剩余喷嘴位于床层中下部，每层喷嘴口1～5个。从上到下每层喷嘴的蒸汽量依次增加。

本实施例的颗粒加压进料装置1包括颗粒储罐、颗粒加压罐、颗粒发送罐。固体颗粒为石英砂、半焦、石油焦、FCC催化剂、加氢催化剂、流化焦化的焦粉、灵活焦化的焦粉以及废轮胎焦粉、生物质半焦等，固体颗粒的粒径范围10μm～350μm。裂解反应器6产生的固体颗粒，粒径大于50～100μm颗粒进入气化反应器18，粒径小于50μm的颗粒进入储焦罐16。重油加压进料装置2包括重油加压进料泵、重油预热器、重油喷雾器。重油的预热温度80～200℃，进料速率0.01～10kg/h，操作压力0.001～7.0MPa。流化气储罐3的气体包括氮气、二氧化碳、一氧化碳、氢气、合成气的一种或多种的组合，作为输送气、流化气分别从裂解反应器6的顶部及底部进入。蒸汽发生进料装置4包括蒸汽加压发生器、过热蒸汽加热器，产生的蒸汽作为雾化气、流化气及气化气进入裂解反应器6和气化反应器18。

本实施例的裂解反应器6包括从上往下依次设置的扩大段、过渡段、流化段和锥体段，裂解反应器6的高径比3.0～10.0，扩大段的高径比1.2～2.0，流化段的高径比1.0～5.0，过渡段的锥体角度90～150°，锥体段的锥体角度10～45°。

本实施例的内置过滤网7的材质为金属、纳米金属丝网和高密度填料中的一种或多种组合。内置过滤网的孔径为1～10mm，形成滤饼压差为2～40kPa。内置过滤网7设置有反吹气孔，反吹气孔数量3～10个，反吹气压力是反应压力的1.0～3.0倍。

本实施例的裂解过滤器8及气化过滤器17的滤芯材质均为石英棉、金属烧结物、陶瓷过滤网和微米合金网中的一种或多种的组合，滤芯的粒径范围10～100μm，操作温度350～1100℃，操作压力0.001～7.0MPa。

本实施例的内置分段热电偶12分为1～5段，用于检测裂解反应器6中不同料位高度的反应温度，以及分段控制不同区域的温度。

本实施例的流化分布板15的孔数5～50个，孔内径1～10mm，流化分布板15的顶部设置气体挡板，防止较大的固体颗粒进入流化气孔。

本实施例的裂解反应器6的反应温度350～850℃，反应压力0.001～7.0MPa，重油与固体颗粒比例1:0～1:40(质量比)，操作气速0.01～5.0m/s，剂油比1～10(质量比)，蒸汽油比0.1～0.5(质量比)。床层的孔隙率0.3～0.8，膨胀比0.8～1.5，床层压差10～100kPa。气化反应器18的反应温度850～1100℃，反应压力0.001～7.0MPa，反应时间0.5～4h，气氛为蒸汽、氧气、二氧化碳、烟气等。

本实用新型实施例的具体工作过程包括以下步骤：

(1)重油进料：重油加热至80～120℃，通过重油加压进料泵经过重油喷嘴器进入加压混合器3，蒸汽发生进料装置4产生的过热蒸汽进入加压混合器3，加压混合器3中的重油与雾化蒸汽充分混合，通过调整重油进料装置2和蒸汽发生装置4的工艺参数，控制重油和蒸汽的进料量，蒸汽油比0.1～0.5(质量比)，在保证一定雾化效果的同时进入裂解反应器6；

(2)裂解-气化反应：雾化后的重油经过重油进料管10进入裂解反应器6，与流化的高温固体热载体充分接触反应，反应温度350～850℃，重油与固体颗粒比例1:0～1:40(质量比)，操作气速为0.01～5.0m/s，夹带固体颗粒的裂解气经过内置过滤网7、裂解过滤器8的二级气固分离，固体颗粒被捕集并反吹落入裂解反应器6底部，裂解气进入油气回收单元，固体颗粒经过循环密封器14进入气化反应器18进行燃烧/气化反应，产生的燃烧气/气化气经过气化过滤器17进入裂解反应器6；

(3)油品回收：裂解气经过一级冷凝器19、二级冷凝器21的冷却后，在一级回收罐20和二级回收罐22中进行重质组分和轻质组分的分级回收，其中，一级回收罐20为冷却介质直接接触回收，二级回收罐22为间接冷却回收。

本实用新型的进料单元实现油气在高压环境下的高效雾化、连续稳定进料、固体颗粒在线加入、重油的裂解气化；裂解-气化单元通过调控重油的转化深度，强化重油的裂解反应，优化裂解产物的分布，提高液体产物的产率，降低焦炭产率；油品回收单元实现对重质及轻质组分的分级回收。本实用新型实施例具有重油转化率高、焦炭产率低、不产生石油焦以及带压操作易于工业化放大等特点，实现重油的分级转化处理，具有较好的市场应用前景。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，包括进料单元、裂解-气化单元以及油品回收单元；所述进料单元包括颗粒加压进料装置(1)、重油加压进料装置(2)、加压混合器(3)、蒸汽发生进料装置(4)和流化气储罐(5)，所述重油加压进料装置(2)、所述蒸汽发生进料装置(4)和所述流化气储罐(5)均连接至所述加压混合器(3)，所述流化气储罐(5)还连接至所述颗粒加压进料装置(1)；所述裂解-气化单元包括裂解反应器(6)、气化反应器(18)和储焦罐(16)，所述加压混合器(3)和所述颗粒加压进料装置(1)均连接至所述裂解反应器(6)，所述裂解反应器(6)设置有反吹气口(9)，所述反吹气口(9)连接至所述流化气储罐(5)，所述裂解反应器(6)的底部连接至所述储焦罐(16)，所述裂解反应器(6)内设置有裂解过滤器(8)、循环密封器(14)和内置分段热电偶(12)，所述循环密封器(14)连接至所述气化反应器(18)，所述气化反应器(18)设置有气化过滤器(17)，所述气化过滤器(17)连接至所述裂解反应器(6)的底部，所述蒸汽发生进料装置(4)还连接至所述气化反应器(18)和所述裂解反应器(6)的底部，所述裂解反应器(6)内靠近顶部的位置设置有内置过滤网(7)，所述裂解反应器(6)内靠近底部的位置设置有流化分布板(15)；所述裂解过滤器(8)连接至所述油品回收单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述油品回收单元包括依次连接的一级冷凝器(19)、一级回收罐(20)、二级冷凝器(21)、二级回收罐(22)和制冷罐(24)，所述一级冷凝器(19)与所述裂解过滤器(8)连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，还包括气体分析组件，所述气体分析组件包括与所述二级回收罐(22)连接的不凝气取样瓶(23)，以及与所述气化过滤器(17)连接的气化气取样瓶(25)。

4.根据权利要求1所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述裂解反应器(6)内设置有重油进料管(10)和固体颗粒进料管(11)，所述重油进料管(10)与所述加压混合器(3)连接，所述固体颗粒进料管(11)与所述颗粒加压进料装置(1)连接，所述重油进料管(10)的底部设置有内置喷嘴(13)。

5.根据权利要求4所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述重油进料管(10)与所述裂解反应器(6)卡套式连接，所述重油进料管(10)的管口深入位置在所述裂解反应器(6)的床层以上，或者深入所述裂解反应器(6)床层小于等于1/3的料位高度；所述内置喷嘴(13)的层数设置为多层，每层包括多个所述内置喷嘴(13)，最上层的所述内置喷嘴(13)位于床层上部，其余层的所述内置喷嘴(13)位于床层中下部。

6.根据权利要求1所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述的颗粒加压进料装置(1)包括依次设置的颗粒储罐、颗粒加压罐和颗粒发送罐；所述重油加压进料装置(2)包括依次设置的重油加压进料泵、重油预热器和重油喷雾器；所述蒸汽发生进料装置(4)包括依次设置的蒸汽加压发生器和过热蒸汽加热器。

7.根据权利要求1所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述裂解反应器(6)包括从上往下依次设置的扩大段、过渡段、流化段和锥体段，所述裂解反应器(6)的高径比3.0～10.0，扩大段的高径比1.2～2.0，流化段的高径比1.0～5.0，过渡段的锥体角度90～150°，锥体段的锥体角度10～45°。

8.根据权利要求1所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述内置过滤网(7)为金属、纳米金属丝网和高密度填料中的一种或多种组合，所述内置过滤网(7)的孔径为1～10mm，形成滤饼压差为2～40kPa，所述内置过滤网(7)设置有多个反吹气孔。

9.根据权利要求1所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述裂解过滤器(8)和所述气化过滤器(17)的滤芯材质均为石英棉、金属烧结物、陶瓷过滤网和微米合金网中的一种或多种的组合，滤芯的粒径范围10～100μm。

10.根据权利要求1所述的一种用于重油连续裂解-气化的流化床装置，其特征在于，所述内置分段热电偶(12)分为多段，用于检测所述裂解反应器(6)中不同料位高度的反应温度及分段控制不同区域的温度；所述流化分布板(15)的孔数5～50个，孔内径1～10mm，所述流化分布板(15)的顶部设置气体挡板。

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