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一种重劣质油与 煤共转化的装置及方法

阅读：693发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种重劣质油与煤共转化的装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种重劣质油与煤高效共转化的装置及方法,所述装置包括进料单元、气化单元、裂解单元、粉焦返料单元；进料单元包括原料油进料系统及煤粉进料系统，完成原料油及煤粉的稳定输送；气化单元包括气化区、气化分离器、颗粒回流器，完成半焦与煤的气化；裂解单元包括预混区和提升裂解区，完成原料油、固体介质的共裂解；粉焦返料单元包括裂解分离器、变压收集罐、二级变压缓冲罐、半焦收集罐、半焦给料器，完成气固分离及固体半焦的气化区和裂解区返料；本发明有效弥补重劣质油单独裂解石油焦产率低、提供热量受局限的缺陷，提供热载体及富氢反应气有效改善重劣质油裂解过程中边壁效应引起的生焦问题，提高裂解油的收率和品质。，下面是一种重劣质油与煤共转化的装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种重劣质油与煤高效共转化的装置,其特征在于，包括进料单元、气化单元、裂解单元、粉焦返料单元；
所述进料单元包括原料油进料系统及煤粉进料系统：所述的原料油进料系统包括与原料油连通的原料油预热器(18)、与原料油预热器(18)出口连通的高效雾化器(4)，经原料油预热器(18)预热后的原料油在高效雾化器(4)中与蒸汽混合并雾化；所述的粉煤进料系统包括煤斗(5)、由煤斗(5)的出料方向依次与煤斗(5)连通的给煤锁斗(6)、给料斗(7)、流化给料器(8)；
所述的裂解单元包括预混区(2)和设置在预混区(2)顶部并与之相通的提升裂解区(3)，预混区(2)与所述原料油进料系统中的高效雾化器(4)的出口连通；
所述的气化单元包括设置在预混区(2)底部且与流化给料器(8)的出口连通的开设有排灰口(17)的气化区(1)、与气化区(1)连通的管混器(9)、顶部入口与预混区(2)连通且底部出口与气化区(1)连通的颗粒回流器(11)、顶部气体出口与预混区(2)连通且底部固体出口与气化区(1)连通的气化分离器(10)，气化分离器(10)的入口与气化区(1)相连通；
所述的粉焦返料单元包括与提升裂解区(3)出口连通的裂解分离器(12)，裂解分离器(12)的顶部出口与后续净化分离系统相连，底部由粉焦返料方向依次连通有变压收集罐(13)、二级变压缓冲罐(14)、半焦收集罐(15)、半焦给料器(16)，其中，二级变压缓冲罐(14)的入口还与粉煤进料系统中给煤锁斗(6)的出口连通，半焦给料器(16)的出口与气化区(1)、提升裂解区(3)均相连通。
2.根据权利要求1所述的重劣质油与煤高效共转化的装置，其特征在于：提升裂解区(3)中用于裂解的原料为重劣质油与煤，气化区(1)中用于气化的原料是石油焦、半焦和煤。
3.根据权利要求2所述的重劣质油与煤高效共转化的装置，其特征在于：所述重劣质油包括残碳>20％的稠油、超稠油、油砂沥青、减压渣油、脱油沥青。
4.根据权利要求1所述的重劣质油与煤高效共转化的装置，其特征在于：所述气化分离器(10)能够捕集到的固体颗粒粒径大于100μm的半焦颗粒，所述裂解分离器(12)能够捕集到固体颗粒粒径大于50μm的半焦颗粒，经过裂解分离器分离后气体携带少量细半焦粉继续后续净化分离。
5.根据权利要求1所述的重劣质油与煤高效共转化的装置，其特征在于：所述颗粒回流器(11)的松动气量能够调节。
6.根据权利要求1所述的重劣质油与煤高效共转化的装置，其特征在于：所述预混区(2)直径为提升裂解区(3)直径的2-5倍。
7.一种利用上述任意一项所述装置进行重劣质油与煤高效共转化的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：将煤加入煤斗(5)，煤依次经过给煤锁斗(6)、给料斗(7)、流化给料器(8)进入气化区(1)，将气化剂氧气/空气、蒸汽通过管混器(9)通入气化区(1)底部，煤在气化区(1)内进行气化，产生的富氢合成气携带着产生的半焦固体颗粒经气化分离器(10)顶部出口进入预混区(2)；
步骤二：将原料油通入原料油预热器(18)预热至130-180℃，向高效雾化器(4)中通入蒸汽使其中预热后的原料油雾化，雾化后的原料油进入预混区(2)与携带固体颗粒的富氢合成气快速混合形成混合物，预混区(2)中的固体半焦颗粒通过颗粒回流器(11)回流至气化区(1)参与后续反应，混合物通过预混区(2)进入提升裂解区(3)与来自粉焦返料单元半焦给料器(16)输送的半焦粉瞬间混合，再经过裂解分离器(12)后形成油气和固体半焦，油气进入后续净化分离系统，固体半焦再通过粉焦返料单元进入气化区(1)或提升裂解区(3)参与反应。
8.根据权利要求7所述的重劣质油与煤高效共转化的方法，其特征在于：所述原料油预热的温度为130-180℃，原料油在预混区(2)与提升裂解区(3)停留时间为10-20s，剂油比为
4：10。
9.根据权利要求7所述的重劣质油与煤高效共转化的方法，其特征在于：气化区(1)反应温度为800-1100℃，提升裂解区(3)温度为400-700℃，预混区(2)的温度为250-350℃，系统压力为0.1MPa-1.0MPa。
10.根据权利要求7所述的重劣质油与煤高效共转化的方法，其特征在于：系统初始升温时使用的流化介质是惰性颗粒、废催化剂以及含碳颗粒的一种或多种组合。

说明书全文

一种重劣质油与煤共转化的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种重劣质油与煤共转化的装置及方法。

背景技术

[0002] 随着原油的重质化与劣质化，劣质重油或渣油(稠油、超稠油、油砂沥青、减压渣油、脱油沥青等，以下简称劣质重油)产量剧增。劣质重油的改质技术可分为脱碳和加氢两种路线，主要包括延迟焦化、加氢裂化、催化裂化等。因存在催化剂失活、操作成本与技术成熟性等问题，以催化裂化与加氢裂化为代表的催化加工过程难以满足劣质重油的处理需求。延迟焦化工艺副产大量的焦炭，特别是高硫石油焦，出路问题较大，2015年8月29日颁布的《中华人民共和国大气污染防治法》规定硫含量>3％的高硫焦出厂受限，焦化工艺亟需转型。而直接的单一气化工艺将重油直接转化为合成气等小分子，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资源浪费。因此，迫切需要一种能适应重劣质油加工、能源转化效率高、油品收率高、处理规模大的新型重劣质油加工技术。

[0003] 重劣质油裂解过程容易结焦，同时产生的石油焦数量较少，如何避免重劣质油反应结焦是关键，单独重劣质油的热解气化一体化反应难以实现。煤气化可以产生富氢合成气，同时会产生70％的半焦，如果产生的合成气、半焦能够参与重劣质油裂解反应过程，可以为重劣质油裂解提供流化气及热载体的同时，可以降低重劣质油分散密度，减少结焦的可能性，有效改善重劣质油裂解过程中的边壁效应。

发明内容

[0004] 为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种重劣质油与煤高效共转化的装置及方法，改善重劣质油裂解过程中的边壁效应，提高裂解油的品质和收率。

[0005] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种重劣质油与煤高效共转化的装置,包括进料单元、气化单元、裂解单元、粉焦返料单元:

[0007] 所述进料单元包括原料油进料系统及煤粉进料系统：所述的原料油进料系统包括与原料油连通的原料油预热器、与原料油预热器出口连通的高效雾化器，经原料油预热器预热后的原料油在高效雾化器中与蒸汽混合并雾化；所述的粉煤进料系统包括煤斗、由煤斗的出料方向依次与煤斗连通的给煤锁斗、给料斗、流化给料器；

[0008] 所述的裂解单元包括预混区和设置在预混区顶部并与之相通的提升裂解区，预混区与所述原料油进料系统中的高效雾化器的出口连通；

[0009] 所述的气化单元包括设置在预混区底部且与流化给料器的出口连通的开设有排灰口的气化区、与气化区连通的管混器、顶部入口与预混区连通且底部出口与气化区连通的颗粒回流器、顶部气体出口与预混区连通且底部固体出口与气化区连通的气化分离器，气化分离器的入口与气化区相连通；

[0010] 所述的粉焦返料单元包括与提升裂解区出口连通的裂解分离器，裂解分离器的顶部出口与后续净化分离系统相连，底部由粉焦返料方向依次连通有变压收集罐、二级变压缓冲罐、半焦收集罐、半焦给料器，其中，二级变压缓冲罐的入口还与粉煤进料系统中给煤锁斗的出口连通，半焦给料器的出口与气化区、提升裂解区均相连通。

[0011] 进一步的，提升裂解区中用于裂解的原料为重劣质油与煤，气化区中用于气化的原料是石油焦、半焦和煤。

[0012] 进一步的，所述重劣质油包括残碳>20％的稠油、超稠油、油砂沥青、减压渣油、脱油沥青。

[0013] 进一步的，所述气化分离器能够捕集到的固体颗粒粒径大于100μm的半焦颗粒，所述裂解分离器能够捕集到固体颗粒粒径大于50μm的半焦颗粒，经过裂解分离器分离后气体携带少量细半焦粉继续后续净化分离。

[0014] 进一步的，所述颗粒回流器的松动气量能够调节。

[0015] 进一步的，所述预混区直径为提升裂解区直径的2-5倍。

[0016] 利用上述装置进行重劣质油与煤高效共转化的方法，具体包括以下步骤：

[0017] 步骤一：将煤加入煤斗，煤依次经过给煤锁斗、给料斗、流化给料器进入气化区，将气化剂氧气/空气、蒸汽通过管混器通入气化区底部，煤在气化区内进行气化，产生的富氢合成气携带着产生的半焦固体颗粒经气化分离器顶部出口进入预混区；

[0018] 步骤二：将原料油通入原料油预热器预热，向高效雾化器中通入蒸汽使其中预热后的原料油雾化，雾化后的原料油进入预混区与携带固体颗粒的富氢合成气快速混合形成混合物以减少油颗粒的分散密度，达到快速换热的目的，预混区中的固体半焦颗粒通过颗粒回流器回流至气化区参与后续反应，混合物通过预混区进入提升裂解区与来自粉焦返料单元半焦给料器输送的半焦粉瞬间混合，并通过提升裂解区，再经过裂解分离器后形成油气和固体半焦，油气进入后续净化分离系统，固体半焦再通过粉焦返料单元进入气化区或提升裂解区参与反应。

[0019] 进一步的，所述原料油预热的温度为130-180℃，原料油在预混区与提升裂解区停留时间为10-20s，剂油比为4：10。

[0020] 进一步的，气化区反应温度为800-1100℃，裂解区温度为400-700℃，预混区的温度为250-350℃，系统压力为0.1MPa-1.0MPa。

[0021] 进一步的，系统初始升温时使用的流化介质是惰性颗粒、废催化剂以及含碳颗粒的一种或多种组合。

[0022] 本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

[0023] 本发明通过进料单元的原料油进料系统通入原料油并使其雾化，再进入预混区，与来自管混器中通入的氧气/空气、蒸汽在气化区合成的携带固体颗粒的富氢合成气快速混合，减少了油颗粒的分散密度，达到快速换热的目的，原料油通过预混区进入提升裂解区，与来自粉焦返料单元的半焦粉瞬间混合，通过提升裂解区后流向裂解分离器，被裂解分离器分离成油气和固体半焦，油气进入后续净化分离系统，固体半焦再通过粉焦返料单元进入气化区和提升裂解区参与反应。由于二级变压缓冲罐的入口与粉煤进料系统中给煤锁斗的出口连通，即粉焦返料单元和煤粉进料系统连通，煤可直接选择进入到提升裂解区与重劣质油共转化反应，有效弥补重劣质油单独裂解石油焦产率低、提供热量受局限的缺陷；同时，本发明将气化区中煤气化产生的携带固体颗粒的富氢合成气通过气化分离器输送至预混区中，使其参与后续的原油裂解反应，为后续的原油裂解反应提供热载体及富氢反应气，有效的改善重劣质油裂解过程中的边壁效应及提高裂解油的品质和收率。

[0024] 进一步的，气化分离器捕集固体颗粒粒径大于100μm的半焦颗粒、裂解分离器捕集到固体颗粒粒径大于50μm的半焦颗粒都能有效防止较大的半焦颗粒进入后续装置，避免较大的半焦颗粒引起体系转化反应效率降低及对后续净化分离系统产生不利影响。

[0025] 进一步的，预混区直径为提升裂解区直径的2-5倍，使得原料油从预混区流入提升裂解区为快速提速阶段，固体颗粒循环倍率高，进一步减弱重油裂解的边壁效应，进一步降低油品裂解结焦的可能性。附图说明

[0026] 图1为本发明的整体结构图。

[0027] 图中：1.气化区；2.预混区；3.提升裂解区；4.高效雾化器；5.煤斗；6.给煤锁斗；7.给煤斗；8.煤粉给料器；9.管混器；10.气化分离器；11.颗粒回流器；12.裂解分离器；13.变压收集罐；14.二级变压缓冲罐；15.半焦收集罐；16.半焦给料器；17.排灰口；18.原料油预热器。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0029] 参见图1，本发明装置包括进料单元、气化单元、裂解单元、粉焦返料单元；

[0030] 所述进料单元用以完成原料油及煤粉的稳定输送，原料油即为重劣质油，进料单元包括原料油进料系统及煤粉进料系统：所述的原料油进料系统包括原料油预热器18，原料油预热器18的入口与原料油连通，原料油为重劣质油，包括残碳>20％的稠油、超稠油、油砂沥青、减压渣油、脱油沥青，原料油预热器18的出口与高效雾化器4的入口连通，经原料油预热器18预热后的原料油在高效雾化器4中与蒸汽混合并雾化；所述的粉煤进料系统包括煤斗5、给煤锁斗6、给料斗7、流化给料器8，其中将煤斗5设置在粉煤进料系统的最上方，加入煤斗5中的煤由上至下出料，按照出料方向，煤斗5的下方出口依次连通给煤锁斗6、给料斗7、流化给料器8；

[0031] 所述的裂解单元用以完成原料油、固体介质的共裂解，包括与所述原料油进料系统中的高效雾化器4的出口连通的预混区2，以及设置在预混区2顶部并与之相通的提升裂解区3，重劣质油与煤为用以裂解的原料，为实现固体颗粒从预混区流入提升裂解区的快速高倍率循环，进一步减弱重油裂解的边壁效应，进一步降低油品裂解结焦的可能性，将预混区直径设置为提升裂解区直径的2-5倍；

[0032] 所述的气化单元用以完成半焦与煤的气化，包括气化区1、管混器9、颗粒回流器11、气化分离器10，其中，气化区1设置在预混区2底部并与流化给料器8的出口连通，用以在气化区1内气化的原料为石油焦、半焦和煤，气化区1还开设有排灰口17用以排出灰分，管混器9与气化区1连通，从管混器9通入的气化剂氧气/空气、蒸汽进入到气化区1内，颗粒回流器11的顶部入口与预混区2连通、底部出口与气化区1连通，颗粒回流器11的松动气量能够调节，以便于控制将预混区的固体焦颗粒输送至气化区，气化分离器10的顶部气体出口与预混区2连通、底部固体出口与气化区1连通，气化分离器10的入口与气化区1相连通，气化区1内产生的携带固体半焦颗粒的富氢合成气从气化分离器10的入口进入并被气化分离器
10分离，为防止较大的半焦颗粒进入后续装置，避免较大的半焦颗粒引起体系转化反应效率降低的现象，气化分离器10可以捕集到的固体颗粒直径大于100μm的半焦颗粒，经气化分离器10分离后的直径大于100μm固体半焦颗粒再次进入气化区气化，分离后的气体携带小直径的固体半焦颗粒作为热载体及流化气进入预混区2，合成气为富氢气氛，可以有效提高裂解油的品质和收率；

[0033] 所述的粉焦返料单元用以完成气固分离及固体半焦的气化区和裂解区返料，包括裂解分离器12、变压收集罐13、二级变压缓冲罐14、半焦收集罐15、半焦给料器16，其中，裂解分离器12的入口与提升裂解区3出口连通，裂解分离器12用以分离出油气和固体半焦，油气通过裂解分离器12的顶部出口进入后续净化分离系统，为防止较大的半焦颗粒进入后续装置，避免对后续净化分离系统产生不利影响，裂解分离器12能够捕集到固体颗粒粒径大于50μm的半焦颗粒，固体半焦在裂解分离器12中由上至下流向裂解分离器12的出口，裂解分离器12的底部出口由固体半焦的出料方向依次连通有变压收集罐13、二级变压缓冲罐14、半焦收集罐15、半焦给料器16，二级变压缓冲罐14的压力可调，以此使得粉焦返料单元同时具备气固分离及粉焦输送的作用，半焦给料器16的出口与气化区1、提升裂解区3均相连通，二级变压缓冲罐14的入口还与粉煤进料系统中给煤锁斗6的出口连通，以此使得粉煤进料系统与粉焦返料单元连通，煤可以从煤粉进料系统加入后选择进入提升裂解区3或者气化区1。

[0034] 利用本发明的装置进行重劣质油与煤高效共转化的方法，具体步骤如下：

[0035] 步骤一：控制装置的系统压力为0.1MPa-1.0MPa，将煤加入煤斗5，煤依次经过给煤锁斗6、给料斗7、流化给料器8进入气化区1，同时将气化剂氧气/空气、蒸汽通过管混器9通入气化区1底部，控制气化区1的反应温度为800-1100℃，使煤在气化区1中进行气化，气化产生的富氢合成气携带着半焦固体颗粒经气化分离器10顶部出口进入预混区2，控制预混区2的温度为250-350℃，其中，系统初始升温时使用的流化介质可以是惰性颗粒如石英砂、废催化剂以及含碳颗粒的一种或多种组合；

[0036] 步骤二：将原料油通入原料油预热器18预热至130-180℃，向高效雾化器4中通入蒸汽使其中预热后的原料油雾化，雾化后的原料油进入预混区2与携带固体颗粒的富氢合成气快速混合形成混合物以减少油颗粒的分散密度，达到快速换热的目的，预混区2中的固体半焦颗粒通过颗粒回流器11回流至气化区1参与后续反应，混合物通过预混区2进入提升裂解区3与来自粉焦返料单元半焦给料器16输送的半焦粉瞬间混合，并通过提升裂解区3，控制提升裂解区3温度为400-700℃，原料油在预混区与提升裂解区停留时间为10-20s，剂油比为4：10，原料油离开提升裂解区3后经裂解分离器12后形成油气和固体半焦，油气进入后续净化分离系统，固体半焦再通过粉焦返料单元进入气化区1或提升裂解区3参与反应。

[0037] 本发明装置的工作流程如下：

[0038] 煤通过煤粉进料系统的煤斗5加入，并依次流经给煤锁斗6、给料斗7、流化给料器8至气化区1，与经管混器9流入气化区1的气化剂氧气/空气、蒸汽混合并被气化，气化产生半焦以及富氢合成气，富氢合成气携带着固体半焦颗粒从气化区1的出口流向气化分离器10，气化分离器10将分离出的大颗粒固体半焦由其底部固体出口回送至气化区1中参与煤与半焦的共气化，将分离出的小颗粒固体半焦以及富氢合成气由其顶部气体出口传输至预混区2中，此时，经过原料油预热器18预热并经高效雾化器4雾化的原料油流入预混区2中与颗粒固体半焦以及富氢合成气快速混合，减少油颗粒的分散密度，达到快速换热的目的，混合后再经预混区2进入提升裂解区3，实际操作中，可调节颗粒回流器11的松动气量，使预混区2中的固体半焦颗粒经颗粒回流器11回流至气化区1内继续参与煤与半焦的共气化，此时，选择将煤粉进料系统的煤斗5中加入的煤从给煤锁斗6、二级变压缓冲罐14、半焦收集罐15、半焦给料器16流出至提升裂解区3中，使得煤与原料油共同裂解高效转化，裂解转化后的煤与原料油流至裂解分离器12，经裂解分离器12分离后形成油气和固体半焦，油气进入后续净化分离系统，固体半焦再通过粉焦返料单元的变压收集罐13、二级变压缓冲罐14、半焦收集罐15、半焦给料器16进入气化区1参与共气化或进入提升裂解区3参与煤和重劣质油的共裂解转化。

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