重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法及装置，方法采用内部具有相互导通的裂解段和气化段的裂解‑气化耦合反应器作为反应器；使重油原料进入耦合反应器上部的裂解段内，与包含裂解催化剂的流化床料接触发生裂解反应，得到轻质油气和焦炭，焦炭被床料携带下行进入耦合反应器下部的气化段内，与气化催化剂、气化剂接触发生气化反应，生成的合成气上行进入裂解段内后，与轻质油气合并引出耦合反应器进入气固分离系统，至少经过第一级气固分离，收取被分离出的床料颗粒并分成两部分，分别返回裂解段和气化段，形成一级循环和二级循环；对气固分离系统输出的净化油气实施油气分馏，收取轻质油和合成气产品。

【技术实现步骤摘要】
重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法及装置
本专利技术涉及一种重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法及装置，属于石油加工

技术介绍
重油是原油经分馏提取汽油、煤油、柴油等后剩余的残余物；此外，地层中也有丰富的重油资源。重油通常具有组分重、H/C比低、硫/氮元素及重金属含量高、残炭值大等特点。随着原油重质化与劣质化，劣质重油与渣油(稠油、超稠油、油砂沥青、减压渣油、FCC油浆、脱油沥青等)的产量剧增，如何对重油进行加工，将重油转化为汽油、柴油、液化气等合格清洁油品，是目前石油加工企业所面临的主要挑战。重油中一般胶质、沥青质组分含量较高，导致重油在加工过程中生焦倾向严重。重油的加工路线大致可分为加氢和脱碳两种，目前有直接采用催化裂化或催化加氢等手段对重油进行加工处理，然而，由于加工过程中存在催化剂失活、氢耗高、操作周期长等问题的限制，使得一般的催化裂化或催化加氢等手段难以满足大量劣质重油的直接加工处理需求。延迟焦化工艺由于投资较低、技术成熟以及对于劣质原料的适应性，成为当前广泛应用的劣质重油及渣油加工技术，然而，延迟焦化工艺副产大量的固体石油焦，特别是加工高硫劣质原料产生大量高硫焦价值较低，并且最新出台的环保要求对硫含量>3％的高硫焦采取限制出厂措施，在一定程度上对延迟焦化工艺提出了新的要求，限制了延迟焦化工艺的应用。此外，由于劣质重油原料具有较低的H/C原子比，必须通过加氢过程才能满足清洁油品的生产质量要求，炼厂在加工劣质重油过程中氢源缺乏问题更加突出，催化重整等工艺过程产生的氢气不足以满足油品清洁化生产的氢气需求。劣质重油的直接气化可将重油直接转化为合成气等小分子，然而重油气化没有充分利用重油中赋存的油气分子与氢元素，也在一定程度上造成重油的资源浪费。重油首先裂解获得轻质化油品，重质焦炭通过气化或部分燃烧等方式获得合成气或者燃气用于后续制氢，从而基于重油裂解与焦炭气化组合工艺实现重油的分级转化利用，能够避免大量焦炭生成，同时获得轻质油与合成气/燃气，具有较好的技术先进性。US2881130公开了一种流化焦化技术，劣质重油在预热并与水蒸气混合后通过喷嘴进入床层反应器，与处于流化状态的高温焦粉在450-600℃范围内进行接触热裂化，重油在焦粉表面一方面发生轻质化反应生成油气并进入后续油气回收分馏系统，另一方面，重组分在焦粉表面缩合生焦并在后续的烧焦加热器中进行部分燃烧再生，再生后的高温焦粉返回裂解器内提供重油预热以及裂解反应所需的热量。与延迟焦化技术相比，该工艺在一定程度上能够提高劣质重油加工范围，同时具有连续性操作与液体收率高等优势。US3072516公开了灵活焦化技术，来解决流化焦化过程产生大量粉焦的利用难题。灵活焦化工艺在流化焦化基础上增设气化器，将大部分焦炭在气化器内通过与空气和水蒸气反应生成灵活气。然而，由于焦炭气化过程引入较大量空气，造成灵活气热值较低，无法作为高品质合成气来补充炼厂氢源。此外，流化焦化与灵活焦化工艺以焦粉作为重油裂解反应热载体，需要对焦粉的粒径及其外形进行调控，操作过程中涉及到多个反应器之间的流化循环，同时要防止焦粉团聚影响，操作较为复杂。CN101657526B公开了一种改进的流化焦化工艺，提出将有效量的碱性材料引入重油流化焦化反应区，以此来克服流化焦化工艺中形成粘性物质等相关问题。为了改善反应床料的流化性能，防止颗粒结焦聚团，同时获得更好的裂解产物分布，选用低活性的催化载体作为流化焦化介质用于重油裂解成为很多专利技术的选择。CN102234534A公开了一种加工劣质重油的方法，该方法选用低活性接触剂首先进行重油裂解反应，反应后的积炭接触剂输送到气化器不同反应区进行燃烧或气化再生，分别获得不同焦炭含量的半再生剂与二次再生剂，反应器内的多段再生反应一定程度上增加了工艺的操作难度。CN102115675A公开了一种重油轻质化加工方法及装置，原料油首先在热裂化反应器内与固体热载体进行反应获得轻质油气产物，重质焦炭附着在固体热载体表面经返料阀进入燃烧(气化)反应器去除表面焦炭，再生后高温固体热载体经过分配阀部分返回热裂化反应器用作反应床料。以上方法中，重油裂解反应采用了流化床、提升管与下行床等不同类型的反应器，但是生成的重质焦炭需要输送到另外的反应器中进行气化、燃烧等再生反应，使物料要在多个反应器之间的循环返料操作，不仅使实际生产中设备的占地面积较大，而且能耗较高。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法，实现了重油裂解和焦炭气化两个反应过程的物料互供、能量互补，降低了重油加工过程中的能耗，并提高了轻质油的品质和收率，同时，降低了工艺操作难度。本专利技术还提供一种用于实现上述一体化方法的重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化装置，采用该装置加工重油，能够降低能耗并节约设备占地面积。本专利技术提供一种重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法，采用内部具有相互导通的裂解段和气化段的裂解-气化耦合反应器作为反应器，一体化方法包括：使重油原料进入裂解-气化耦合反应器上部的裂解段内，与包含裂解催化剂的流化床料接触，在常压条件下发生催化裂解反应，得到轻质油气和焦炭；焦炭被床料携带下行进入裂解-气化耦合反应器下部的气化段内，与气化催化剂、气化剂接触，发生催化气化反应，生成合成气；合成气在裂解-气化耦合反应器内上行进入裂解段，与轻质油气合并引出裂解-气化耦合反应器进入气固分离系统；轻质油气和合成气在气固分离系统至少经过第一级气固分离，收取被分离出的床料颗粒并分成两部分，分别返回裂解段和气化段，相应形成床料颗粒的一级循环和二级循环；对气固分离系统输出的净化油气实施油气分馏，收取轻质油和合成气产品。本专利技术的一体化方法采用上部裂解段与下部气化段相互导通的裂解-气化耦合反应器，重油在裂解段发生催化裂解反应，产生的焦炭附着在床料表面，被床料携带下行进入气化段，作为气化段的反应原料发生气化反应，产生合成气；合成气上行进入裂解段，既可以为裂解反应提供热量，同时也可以作为重油催化裂解的反应气氛，丰富氢气来源，实现了重油催化裂解和焦炭气化两个反应过程中的物料互供和能量互补，并简化了工艺流程，降低能耗。在此基础上，裂解催化剂和气化催化剂的加入，进一步提高了裂解反应与气化反应效率，并进一步加强了裂解段和气化段的协同作用，提高了裂解-气化耦合反应器的加工能力及生产效率。一般情况下，本专利技术还可以在重油原料进入裂解段时对其进行雾化处理，以增加重油原料与流化床料的接触面积，进一步提高裂解反应效率。如在一实施方式中，可以在重油原料进入裂解段的原料入口处设置雾化装置，以对重油原料进行雾化处理，其中，可以将该原料入口及雾化装置设置在裂解段的上部，以利于被雾化后的重油液滴与流化床料较为均匀地混合。本专利技术中，重油原料在裂解段与流化床料接触，发生催化裂解反应，生成轻质油气和焦炭，焦炭附着在床料的表面，会使床料形成不同粒径大小的固体颗粒(或称床料颗粒)。其中，裂解段中床料颗粒的走向大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法，其特征在于，采用内部具有相互导通的裂解段和气化段的裂解-气化耦合反应器作为反应器，所述一体化方法包括：/n使重油原料进入所述裂解-气化耦合反应器上部的所述裂解段内，与包含裂解催化剂的流化床料接触，在常压条件下发生催化裂解反应，得到轻质油气和焦炭；所述焦炭被床料携带下行进入所述裂解-气化耦合反应器下部的所述气化段内，与气化催化剂、气化剂接触，发生催化气化反应，生成合成气；所述合成气在所述裂解-气化耦合反应器内上行进入所述裂解段，与所述轻质油气合并引出所述裂解-气化耦合反应器进入气固分离系统；/n所述轻质油气和合成气在所述气固分离系统至少经过第一级气固分离，收取被分离出的床料颗粒并分成两部分，分别返回所述裂解段和所述气化段，相应形成所述床料颗粒的一级循环和二级循环；/n对所述气固分离系统输出的净化油气实施油气分馏，收取轻质油和合成气产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种重油催化裂解耦合焦炭催化气化的一体化方法，其特征在于，采用内部具有相互导通的裂解段和气化段的裂解-气化耦合反应器作为反应器，所述一体化方法包括：
使重油原料进入所述裂解-气化耦合反应器上部的所述裂解段内，与包含裂解催化剂的流化床料接触，在常压条件下发生催化裂解反应，得到轻质油气和焦炭；所述焦炭被床料携带下行进入所述裂解-气化耦合反应器下部的所述气化段内，与气化催化剂、气化剂接触，发生催化气化反应，生成合成气；所述合成气在所述裂解-气化耦合反应器内上行进入所述裂解段，与所述轻质油气合并引出所述裂解-气化耦合反应器进入气固分离系统；
所述轻质油气和合成气在所述气固分离系统至少经过第一级气固分离，收取被分离出的床料颗粒并分成两部分，分别返回所述裂解段和所述气化段，相应形成所述床料颗粒的一级循环和二级循环；
对所述气固分离系统输出的净化油气实施油气分馏，收取轻质油和合成气产品。


2.根据权利要求1所述的一体化方法，其特征在于，
所述轻质油气和合成气在所述气固分离系统顺序进行第一级气固分离和第二级气固分离，依次分离出一级床料颗粒和二级床料颗粒，收取所述净化油气产物；
将所述一级床料颗粒返回所述裂解段，形成所述一级循环，将所述二级床料颗粒返回所述气化段，形成所述二级循环；其中，所述一级床料颗粒的粒径大于所述二级床料颗粒的粒径。


3.根据权利要求2所述的一体化方法，其特征在于，所述一级床料颗粒的粒径为a，30≤a≤200μm；所述二级床料颗粒的粒径为b，5＜b＜30μm。


4.根据权利要求1所述的一体化方法，其特征在于，所述裂解段内的反应温度为450-700℃，剂油比为4-20，反应时间为1-20s，表观气速为1-20m/s。


5.根据权利要求1所述的一体化方法，其特征在于，所述气化段内的反应温度为850-1200℃，反应压力为常压，表观气速为0.1-5m/s，停留时间为1-20min。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：高金森，李大鹏，张玉明，蓝兴英，王明峰，高亚男，黄勇，姚晓虹，杨会民，黄传峰，王汝成，王成秀，石孝刚，蒋中山，任健，贺文晋，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，南京中汇能源科技研发中心，
类型：发明
国别省市：北京;11