专利名称：一种重油和煤共裂解的联合加工方法
技术领域：
本发明涉及一种煤裂解和重油裂解的联合生产方法。
背景技术：
我国是贫油富煤的国家，原油日趋重质化、劣质化，有些原油中的重质组分残炭和金属含量均很高，用传统的加工方法很难高效地对其进行综合利用；同时，我国的煤炭资源极为丰富，其可开采储量占世界的49.6%，而其中烟煤产量约占全国煤炭总产量的75%。 目前我国能源消费量的76%是煤炭，主要用于直接燃烧。从而使其中所含的化工资源无法得到有效利用。煤气化和煤液化是由煤制得气体燃料、合成气以及液体燃料的重要方法，此外还有一种更经济的方法煤干馏法，即将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，也叫煤的焦化。 煤干馏过程主要经历如下变化当煤料的温度高于100°c时，煤中的水分蒸发出来，温度升高到200°C以上时，煤中结合水释出，高达350°C以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象)；至400-500°C大部分煤气和焦油析出，称为一次热分解产物；在450-550°C，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；高于 550°C，半焦继续分解，析出余下的挥发物(主要成分是氢气)半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800°C，半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在干馏炉内进行时，一次热分解产物与炽热焦炭及高温炉壁接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物。干馏终温低于700°C为低温干馏，干馏终温高于900°C称为炼焦或高温干馏。低温干馏可以获得焦油、煤气和半焦。高温干馏主要获得焦炭。与原煤相比，半焦含有的污染物少于原煤，对环境保护有利。对于单位热量来说，煤焦油和煤气比半焦具有更高的经济价值。低温干馏煤焦油和煤直接加氢液化第一阶段所得油料的性质大致相似，煤焦油再加氢精制可得燃料油，与液化相比，成本相对较低。我国煤炭资源丰富，原煤除部分用于炼焦、转化加工外，绝大部分用于直接燃烧。 将煤直接燃烧不但热效率低、对环境的破坏严重，而且煤中具有较高经济价值的富氢组分得不到合理利用。因此，开发出把煤炭转化为洁净燃料和多种化工产品的工艺过程具有重要的现实意义。中国石油资源短缺，煤的高效、综合利用在一定程度上可以减少对进口石油、天然气的依赖。因此，在将原煤燃烧之前，使其在较温和的条件下提取出部分液体燃料和精细化学品具有重要的意义。例如，CN 101016482A中公开了一种以热解为第一级的粉煤分级洁净多联利用技术，包括原煤加工制备、热解、燃烧或气化，热解工序上设有煤化工分离净化系统，其中，原煤经加工制备后以一定粒度的粉煤进入热解工序进行热解，热解后的气相产物进入煤化工分离净化系统，获得高附加值的烃类化工产品、净煤气；热解后的固相产物半焦粉的后续工艺如下选择(1)进入燃烧工序燃烧，利用热能发电、供热；( 进入气化工序气化，生产合成原料气；C3)同时分别进入燃烧工序燃烧、气化工序气化。目前处理重质油常用的工艺是延迟焦化，该工艺通过使重质油热裂化得到部分焦化汽油、焦化柴油、焦化馏分油、气态烃及焦炭等产品。该工艺中，由于重质油需要在高温下经过较长的时间通过热裂化生成较轻的油品，当原料残炭很高时，生焦量很大。为了解决这一问题，已经开发了反应温度较高、停留时间较短的重质油裂解工艺。例如，CN 1504404A公开了一种炼油与气化相结合的工艺方法，其中，该方法包括以下步骤(1)石油烃与焦炭转移剂在反应器内接触、反应；(2)分离生成的反应油气和反应后积炭的焦炭转移剂，反应油气送入后续烃类产品分离系统，积炭的焦炭转移剂经汽提后送至气化炉；(3)在气化炉内， 积炭的焦炭转移剂与水蒸汽和含氧气体在气化条件下接触，以生成合成气体，同时使积炭的焦炭转移剂得到再生；(4)经步骤C3)再生后的焦炭转移剂返回步骤(1)所述的反应器中循环使用。然而，在上述两篇专利文献中公开的煤裂解和重质油裂解的方法都需要外部供热，而且，所述煤裂解和重质油裂解过程中产生的固体产物的热量不能循环利用，从而导致热量回收效率不高。
发明内容
本发明为了克服现有的煤裂解方法和重质油裂解方法各自存在的上述缺陷，提供了一种煤裂解和重质油裂解的联合生产方法，采用该方法能够同时实现煤裂解和重质油裂解，同时使得煤裂解和重质油裂解过程中各自产生的固体产物能够作为热载体而循环使用，从而大大节省了能耗。本发明提供了一种煤和重质油裂解的联合生产方法，该方法包括以下步骤(1)将煤粉和重油引入裂解反应器中，与来自气化反应器的高温焦粉接触升温，发生裂解反应得到反应油气和半焦、焦粉等固体产物，气固分离后，反应油气引入后续分离系统进一步分离，半焦和焦粉进入气化反应器；(2)气化反应器内引入含有水和氧气的气化介质，来自裂解器的半焦和焦粉与水和氧气反应放热，生成合成气和高温焦粉，气固分离后，一部分高温焦粉返回裂解反应器为煤和重油裂解反应供热，另一部分充分气化后排出装置。本发明提供的方法中，步骤(1)中裂解反应器的操作温度为400-700°C，压力为 0. l-20Mpa ；步骤⑵中的气化反应器的操作温度为800-1200°C，压力为0. l_20Mpa。本发明提供的重油和煤裂解的联合生产方法的有益效果为将重油裂解、煤粉裂解和焦粉气化三个过程结合起来，并形成循环的传质系统。在裂解器内，煤粉与来自气化反应器的热载体-高温焦粉混合升温，同时与喷入裂解器的重油接触，发生裂解反应。重油和煤裂解产生半焦、焦粉等固体产物，所述固体产物进入气化反应器与气化介质发生气化反应生成合成气，气化介质中含有氧气，使得气化反应器中未充分气化的固体产物燃烧放热，得到高温焦粉循环至所述裂解反应器中为煤和重油的裂解反应供热。因此，本发明提供的煤和重油裂解的联合生产方法成功实现了煤裂解、重质油裂解和煤气化的联合生产。同时，煤裂解和重油裂解过程中产生的固体产物作为热载体循环使用，从而简化了流程，并大大节省了生产过程中的能耗。
附图为本发明提供的煤和重油裂解的联合生产方法的流程示意图。
具体实施例方式如附图所示，本发明提供的重油和煤裂解的联合生产方法是这样具体实施的，该方法包括以下步骤(1)将煤粉和重油引入裂解反应器中，与来自气化反应器的高温焦粉接触升温，发生裂解反应得到反应油气和半焦、焦粉等固体产物，气固分离后，反应油气引入后续分离系统进一步分离；分离出的半焦和焦粉进入气化反应器；(2)气化反应器内弓丨入含有水和氧气的气化介质，来自裂解器的半焦和焦粉与水和氧气反应放热，生成合成气和碳(炭)含量降低的高温焦粉，气固分离后，一部分高温焦粉返回裂解反应器为煤和重油裂解反应供热，另一部分充分气化后排出装置。本发明提供的方法中，步骤(1)中，来自气化反应器的高温焦粉作为热载体为裂解器中重油裂解和煤粉裂解反应提供热量。所述重油和煤粉在裂解条件下发生裂解，生成油气和以半焦、焦粉为主的固体产物。所述重油和煤的裂解条件可以在常规的重油和煤裂解反应条件中适当地选择。优选情况下，所述裂解器的操作温度为400-700°C、更优选为450-600°C，压力为0. l_20MPa、 更优选为0. I-IOMPa0在本发明中，所述压力是指绝对压力；所述裂解器操作温度即为重油和煤炭与热载体接触时所处环境的温度，也即重油和煤炭与热载体混合后，二者发生热传递并达到平衡时的温度。所述裂解器的操作温度由引入裂解器的高温焦粉的量和高温焦粉的温度来灵活调节。在这种情况下，由气化反应器来的高温焦粉的温度为800-1200°C，煤炭与所述高温焦粉的重量比为1 (1-10)，优选为1 0-8)。所述重质油与煤粉和高温焦粉混合物的重量比为1 (4-50)，优选为1 (5-20)。在优选实施方式中，为使重油和煤粉能够更充分地裂解，根据本发明提供的方法还包括使煤粉在与热载体接触之前加热至100-350°C。重质油在进入裂解反应器之前加热至150-500°C，更优选加热至200-450°C。本发明提供的方法中，所述煤粉可以为具有常规的颗粒直径的各种煤炭，优选情况下，所述煤粉的颗粒直径为0. 05-2毫米。所述煤粉优选为泥炭、褐炭和烟煤中的至少一种。本发明提供的方法中，所述重油可以为各种常规的重质油，例如可以为重质原油、 常压渣油、常压蜡油、减压渣油、焦化蜡油、罐底油、脱浙青油、稠油和加氢裂化尾油中的至少一种。本发明提供的方法中，步骤(1)可以在各种常规的反应器中实施，只要该反应器能够实现重油和煤的裂解反应即可，因此，裂解器可以称为裂解反应器。所述裂解器优选为流化床反应器、提升管反应器、下行式反应器、移动床反应器或者它们的组合形式的反应
ο本发明提供的方法中，步骤O)中，在气化条件下，来自裂解器的半焦和焦粉等固体产物与水蒸汽和氧气接触发生气化反应，生成合成气和碳含量降低的焦粉，所述合成气主要含有氢气、一氧化碳、低碳烃、二氧化碳和水。所述气化条件可以在常规的煤气化条件中适当地选择。优选情况下，是指气化反应器的操作温度为800-1200°C、优选为800-1000°C，压力为0. l_20MPa、优选为0. I-IOMPa0
所述气化介质为含有水蒸气和氧气的气体，其中，水蒸气和氧气的体积比 1-20 1。气化反应器中通入气化介质的量以保证满足半焦和焦粉等固体产物的气化。半焦和焦粉等固体产物的量、水蒸汽和氧气的重量比为0-5) (4-10) 1。根据本发明提供的方法，所述水蒸汽和氧气可以以含有水蒸汽和氧气的混合气体的形式加入，所述水蒸汽和氧气的温度可以为150-800°C，优选为200-600°C。本发明提供的方法中，步骤(2)可以在各种常规的反应器中实施，只要该反应器能够实现半焦和焦粉的气化反应即可，因此，气化反应器也可以称为煤气化反应器，所述煤气化反应器例如可以为流化床反应器。裂解器和气化反应器中生成的油气等气体产物和固体产物分离后，本发明提供的方法还包括将上述气体产物引入后续分离系统进一步分离，得到重油馏分、柴油馏分、汽油馏分、水和裂解气。所述分离的方法可以采用常规的方法实施，例如可以根据各个不同组分的冷凝温度的不同，采用分馏塔或采用控温冷凝的方式进行分离。本发明提供的方法中，对所述裂解器和气化反应器产生的气体产物的分离可以各自单独实施。与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明煤粉裂解和重质油油裂解，焦粉气化三个独立的过程结合在一起，煤粉和重油裂解的半焦和焦粉等引入气化反应器内气化生产合成气，同时气化反应器内温度升高、碳含量降低的高温焦粉作为热载体返回裂解器循环使用，避免了外加载体的补充问题以及外加热载体和焦粉分离的问题，充分利用了能量，降低了能耗。另外，重油和煤共同裂解，可以获得较高的轻质油、低碳烃、氢气和一氧化碳的转化率。下面的实施例将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。实施例实施例采用如图1所示的流程，将100重量份的颗粒直径为0. 3-2毫米的煤粉(组成如下表1所示)加热至200°C，然后加入裂解器中，并与来自气化器的高温焦粉(温度为 9000C )混合，同时向裂解反应器喷入10重量份的300°C重油，重油与煤粉和热载体接触发生反应生成油气、半焦和焦粉。煤粉与来自气化反应器的高温焦粉的重量比为1 5，将所述裂解器的温度调节为550°C，压力调节为0. 3MPa。将来自裂解器的半焦、焦粉(温度为550°C)加入气化器中，并向其中注入含有水蒸汽和氧气的混合气体(温度为200°C )，所述半焦、焦粉与水蒸汽和氧气的重量比为 3:5: 1，半焦和焦粉在高温下与水蒸气、氧气反应生成合成气和炭含量降低的焦粉，同时放热升温，调节气化反应器内的温度为1000°C。高温焦粉返回裂解器中循环使用，气化产生的灰渣排出装置。经旋风分离器气固分离后，将裂解器和气化反应器中的气体产物引入分馏塔分离。煤粉(山西煤)性质见表1，重油(辽河稠油)性质见表2，反应条件和产物组成见表 3，且表3中的气体组成见表4，从煤气化反应的产物中分离出的合成气的组成如下表5所
7J\ ο表1煤的组成(wt%)
权利要求
1.一种重油和煤共裂解的联合加工方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将煤粉和重油引入裂解反应器中，与来自气化反应器的高温焦粉接触升温，并发生裂解反应得到反应油气和半焦、焦粉等固体产物，气固分离后，反应油气引入后续分离系统进一步分离，半焦和焦粉进入气化反应器；(2)气化反应器内弓丨入含有水和氧气的气化介质，来自裂解器的半焦和焦粉与水、氧气发生气化反应，生成合成气和高温焦粉，气固分离后，高温焦粉进入裂解反应器为煤和重油裂解反应供热。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤(1)中所述裂解反应器的操作温度为 400-700°C，压力为 0. l-20MPa。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于步骤(1)中所述的裂解反应器的操作温度为 450-600°C，压力为 0. I-IOMPa0
4.按照权利要求1、2或3的方法，其特征在于步骤(1)中所述的煤粉与所述高温焦粉的重量比为1 (1-10)，所述重油与煤粉和高温焦粉混合物的重量比为1 0-50)。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于步骤(1)中所述的煤粉与所述高温焦粉的重量比为1 0-8)，所述重油与煤粉和高温焦粉混合物的重量比为1 (5-20)。
6.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤(1)中所述的裂解反应器选自流化床反应器、提升管反应器、下行式反应器、移动床反应器以及上述反应一种或几种组合形式的反应器。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤O)中所述气化反应器的操作条件为温度为 800-1200°C，压力为 0. l-20MPa。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于步骤O)中所述气化反应器的操作条件为 800-1000°C，压力为 0. I-IOMPa0
9.按照权利要求1的方法，其特征在于所述重质油选自重质原油、常压渣油、常压蜡油、减压渣油、焦化蜡油、罐底油、脱浙青油、稠油和加氢裂化尾油中的至少一种。
10.按照权利要求1的方法，其特征在于所述煤粉选自泥炭、褐煤、烟煤中的一种或者一种以上的混合物。
11.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤( 中所述气化介质中水蒸气和氧气的体积比为(1-20) 1。
12.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤O)中引入气化反应器中的半焦、焦粉等固体产物、水蒸气和氧气的重量比为0-5) (4-10) 1。
全文摘要
一种重油和煤共裂解的联合加工方法，包括(1)将煤粉和重油引入裂解反应器中，与来自气化反应器的高温焦粉接触升温，并发生裂解反应得到反应油气和半焦、焦粉等固体产物，气固分离后，反应油气引入后续分离系统进一步分离，半焦和焦粉进入气化反应器；(2)气化反应器内引入含有水和氧气的气化介质，来自裂解器的半焦和焦粉与水、氧气气化反应，生成合成气和高温焦粉，气固分离后，高温焦粉进入裂解反应器为煤和重油裂解反应供热。采用本发明提供的所述方法实现了煤裂解、重质油裂解和煤气化的联合生产，从而大大节省了煤裂解、重质油裂解和煤气化过程中的能量消耗。
文档编号C10G1/00GK102453510SQ20111007440
公开日2012年5月16日 申请日期2011年3月24日 优先权日2010年10月22日
发明者侯栓弟, 张占柱, 朱丙田, 武雪峰, 王亚民, 王蕴, 申海平 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院