含碳物质的闪热裂方法技术

揭示了将含碳物质热解为具有更低沸点的含碳物质的方法，该方法将含碳物质加热到所需的反应温度，并保持含碳物料与热能接触足够长时间，来实现所需的反应，以生成具有更低沸点的含碳物质，然后快速冷却所需的反应产物。热源是可以向待加热的含碳物质提供热的高速气流的一种喷射流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交义引用本申请要求于2006年5月26日提交的美国临时专利申请序列号60/808647的优先权。
本专利技术涉及一种将含碳物质转化成具有更低标准沸点的物质的高温、短停留的热处理方法。
技术介绍
石油、天然气和煤目前提供大约世界主要能量的39％、23％和24％。多年来，随着有限的石油储备已经开采，不断增加的残余油含量和不断降低的氢-碳比率，使石油原油越来越难处理。目前阿萨巴斯卡(Athabasca)沥青生产的快速增涨速率将会加快这个趋势。此外，随着天然气和石油储备的耗竭，含有更多碳的煤矿资源将变得更加重要。结果是，持续增加的商业动力促使人们寻求更加节约成本的转化方法，这些方法可以将日益增多的含碳的剩余燃料，如石油残油、残余沥青油、油页岩和煤转化成有价值的蒸馏物。热裂解过程，尤其是焦化，已经成为升级残油(upgrading residual oil)的关键单元操作。请看示例：Stan Jones和Peter Pajado(编辑)的“石油加工手册(Handbook of Petroleum Processing)”，Springer(Dordrecht，荷兰)，第447～481页。目前的工艺流程清楚表明，随着操作温度的升高，由各种不同的热处理工艺和原料得到的蒸馏物产率增大。例如，美国专利第4446004号阐述：对氢化处理过的残油进料在高温和短停留时间下进行热裂解，以最大限度的增大蒸馏物产率。美国专利第4698147号阐述：通过在高温和短停留时间条件下操作氢供体热裂解工艺，也可以获得最多的残油转化蒸-->馏物。然而，根据用火焰加热器能够得到的最大热流量，此工艺的最高温度和最短停留时间限制为525℃和3分钟。结果是，火焰加热器能够产生的最高温度和最大热流量通常限制了热裂解器和延迟焦化单元操作中的残油转化率。美国专利第2906695号阐述：通过将残余油进料与热焦炭颗粒流相接触，可获得明显更高的热裂解温度和焦化温度。据预计，流化床焦化设备通常能获得比延迟焦化设备更高的蒸馏物产率。不过，流化床焦化设备的一个缺点是其焦炭产物比延迟焦化设备产物更加难以碾磨和燃烧。显而易见，人们更倾向于获得高蒸馏物产率以及较少的麻烦的副产物。但是，更好的情况是，人们愿意在没有或只有很少焦炭产生的情况下获得更高的蒸馏物产率。流体催化裂解装置运行使用热催化剂，以将油进料快速加热到裂解温度，从而提高工艺效率。美国专利第5662868号阐述：较短的停留时间有利于裂解更多的含碳原料。加拿大专利申请第02369288号阐述：通过与热颗粒沙状物流接触，更高的温度和更短的停留时间可使重油或沥青最大程度地转化为蒸馏物。热裂解和焦化的动力学模型也对高温和短停留时间下的裂解的效果提供了深层次的了解。图-1总结了对下表1中的原料，利用已公开的阿萨巴斯卡(Athabasca)沥青热裂解和焦化模型(Murray R.Gray，William C.McCaffrey，lftikhar Hug，Tuyet Le，“阿萨巴斯卡残渣焦化过程中的裂解和脱挥发作用的动力学(Kinetics of Cracking and Devolatilization duringCoking of Athabasca Resides)”，Ind.Chem.Res.，2004，43，第5438～5445页)，所得到的温度和时间对蒸馏物产率的影响。在热裂解工艺产物中的甲苯可溶性成分的重量百分数与进料中的甲苯可溶性成分的重量百分数之间的比值(TIp/TIf)，可作为对工艺操作性和残余重油副产物质量的粗略估计。较低的(TIp/TIf)比值通常与更可靠的热裂解工艺操作和更高质量的残余重油产物相关。图1的结果暗示，要获得蒸馏物生成的高转化率，且重油质量只有最小程度的变差，高温和短停留时间的操作是所需的。例如，将操作温度从700℃增加到800℃，可以将524℃+的残油转化为蒸馏物的最大转-->化百分率从大约23％增加到大约80％，(TIp/TIf)比值为2。然而，要获得此项优势，需要使用比传统方法快得多的加热和冷却速率。表-1典型沥青原料性质其他工艺改进研究者得到有关煤类进料的相似结论。美国专利第4545890号阐述：从氢供体煤液化工艺得到的蒸馏物产率，随着温度升高和停留时间缩短而增加。美国专利第4048053号阐述：在温度高于400℃和停留时间在2毫秒和2秒之间的条件下，通过将煤与热氢气接触，可获得最大的蒸馏物产率。美国专利第5110452号阐述：以大于10000℉/秒(5538℃/秒)的速度，使用从部分氧化装置运行中得到的热气体，将物料加热到1000～2000℉(538～1093℃)，可以获得最大的蒸馏物产率。这再次表明，如果能找到一个可靠的并且节省成本的方法来获得所需的高的加热速率，则-->能相对明显的发现其潜在的益处。在其他应用中，已经使用超声速热气体喷射来获得非常高的加热速率。例如，美国专利第6910431号阐述了一种使用氧气燃料燃烧产生超声速喷射来迅速加热表面的方法。图1的计算显示：从残油高度转化成含有重油副产物的蒸馏物，此副产物含有适量的甲苯不溶物水平，需要在高温和短停留时间下进行操作。图2显示了要达到这些要求所需的温度曲线图的性状。很明显，既需要极快的加热速率，也需要极快的冷却速率。不幸的是，早期的工艺仅能提供可获得极快加热速率或冷却速率的方法，而不能两者兼顾。流化床焦化设备和催化裂解反应器，通过使油进料与大量的热焦炭或薄膜状催化剂相接触，来达到极快的加热速率。然而，大量的热的固体使反应物的快速冷却不切实际。因此，流化床焦化设备和催化裂解反应器无法获得图2显示的冷却速率。另一方面，在常规火焰加热器热裂解炉中得到的反应产物可通过与冷却液(通常是蒸馏油或水)密切混合来进行极快的冷却降温。不幸的是，热裂解加热圈中的焦炭生成速率，只能通过将加热速率限制在比图2所示加热速率低的多的速率下，才能得到控制。因此，常规火焰加热器可以获得所需的冷却速率，而不是加热速率。本专利技术使用一种完全不同的方法来同时获得图2显示的所需的加热和冷却速率。
技术实现思路
本专利技术提供一种使用环形的热的高速气流来快速加热同轴的含碳物流的方法。此专利技术利用具有合适形状、机械能和热能的热的超声速喷射流来达到图2所示的快速加热速率。为了确保机械能能够高效地从热的高速喷射流转化到油进料上，本专利技术使用了一种可以完全环绕圆柱状油进料流的环形的热的高速喷射流。巨大的机械能输入量极大地增加了物料和能量转换的表面积，也通过将机械能转换成热能提高了油料的温度。结果是，通过在所需的反应温度下使用热的高速喷射流，可以获得具有最小局部过热性质的快速的油料加热速率，此喷射流具有足够的机械能，以将油进料加热到-->所需的反应温度。气态占绝大多数的闪热裂反应器产物，可使用具有适当沸点的雾化的冷却油来达到快速冷却。在本专利技术的一个实施方式中，揭示了一种将含碳进料转化成具有更低标准沸点的含碳物质的方法，此方法包括以下步骤：a)在升高的压力下生成热的气体；b)将上述高压下的热气体转化成较低压力下的热的高速气体喷射流或喷射流阵列；c)将含碳进料加入到热的高速喷射流或喷射流阵列的中央(mesial)，以快速加热含碳进料；d)提供足够的停留时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将含碳进料转化为具有更低的标准沸点的含碳物质的方法，该方法包括以下步骤：　ａ）在升高的压力下生成热气体；　ｂ）将所述高压下的热气体转化为低压力下的热的高速气体喷射流或喷射流阵列；　ｃ）将含碳进料引入到热的高速喷射流或喷 射流阵列的中央，以快速加热所述含碳进料；　ｄ）提供充足的停留时间，以实现所述含碳进料转化为沸点更低的物质的所需的转化率；和　ｅ）快速冷却含有更低沸点物质的反应产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-26 60/808,647;US 2007-2-22 11/709,5461.一种将含碳进料转化为具有更低的标准沸点的含碳物质的方法，该方法包括以下步骤：a)在升高的压力下生成热气体；b)将所述高压下的热气体转化为低压力下的热的高速气体喷射流或喷射流阵列；c)将含碳进料引入到热的高速喷射流或喷射流阵列的中央，以快速加热所述含碳进料；d)提供充足的停留时间，以实现所述含碳进料转化为沸点更低的物质的所需的转化率；和e)快速冷却含有更低沸点物质的反应产物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳进料包含标准沸点高于524℃的组分。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳进料主要选自：重原油，石油残油，石油焦油，煤焦油，沥青，煤，油页岩和它们的混合物。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有更低标准沸点的含碳物质主要选自蒸馏物。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热的高速气流在500℃至2500℃之间。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射流或喷射流阵列由喷枪产生。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充足的停留时间足以将约0.5-0.95质量分数的残余重油进料转化为蒸馏物。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应产物通过蒸馏的含碳物质、水、水蒸汽或它们的混合物快速冷却。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应产物被冷却到低于约400℃的温度。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热的高速气体的速度大于500米/秒。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热气体通过燃料与高纯氧气燃烧产生。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述高纯氧气包含大于70摩尔％的氧气。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热气体与所述反应产物的压力之比在20∶1至2∶1之间。14.一种热解方法，用于将具有第一沸点的含碳进料转化为具有第二更低标准沸点的含碳物质，该方法包括以下步骤：a)将所述含碳进料加热到所需的反应温度；b)将步骤a)中产生的反应产物冷却；和c)回收所述反应产物。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述加热过程由热的高速喷射流或喷射流阵列提供。16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含碳进料包含标准沸点高于524℃的组分。17.如权利要求14所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：DP萨切尔，
申请(专利权)人：琳德股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]