專利名稱：瀝青渣油的閃蒸工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一般領(lǐng)域涉及瀝青渣油的高溫短接觸時(shí)間的加工。更具體地，本 發(fā)明是一種從渣油中除去瀝青物質(zhì)的閃蒸加工方法。
背景技術(shù)：
最近的一篇綜述[Hulet (2005)]探討了過(guò)去二十五年中開(kāi)發(fā)的短停留時(shí)間 裂解工藝的主要特點(diǎn)和配置布局。這篇文章扼要地總結(jié)了短停留時(shí)間工藝的允 諾、主要特點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)"對(duì)短停留時(shí)間裂解工藝存在強(qiáng)烈的經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)。 這種工藝不僅提高了有更高價(jià)值的液體和氣體產(chǎn)物的產(chǎn)率，而且更加緊湊的設(shè) 計(jì)也降低了投資費(fèi)用。為了防止二次裂解以及能夠使進(jìn)料最大程度地裂解，仔 細(xì)地控制氣體的停留時(shí)間是非常關(guān)鍵的。進(jìn)料與熱源的迅速又充分的混合不僅 產(chǎn)生均勻的分散，還是設(shè)計(jì)上需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。最后，從熱平衡角度來(lái)看, 還必須認(rèn)真研究迅速完全的分離；它也有助于控制產(chǎn)物的停留時(shí)間和避免發(fā)生 二次裂解。"
這些深入的洞察建議短停留時(shí)間裂解工藝應(yīng)該快速加熱進(jìn)料，迅速分離產(chǎn) 物以控制所有產(chǎn)物的停留時(shí)間，快速冷卻反應(yīng)產(chǎn)物以避免二次裂解，以及充分 利用熱能提高產(chǎn)能。最成功的短停留時(shí)間工藝過(guò)程滿足所有這些標(biāo)準(zhǔn)。但是，沒(méi) 有一個(gè)處理瀝青渣油的工藝能完全滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。瀝青渣油中標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)超過(guò) 524。C的物質(zhì)的濃度很高(典型地，高于25重量％)，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)超過(guò)524。C的物質(zhì) 的庚烷不溶物濃度超過(guò)25重量％。完全符合這些判斷標(biāo)準(zhǔn)的瀝青渣油是效率更 高的脫瀝青，熱裂解和加氫裂解過(guò)程的目標(biāo)。
流化催化裂化(FCC)無(wú)疑是最常見(jiàn)的和工業(yè)上最成功的短停留時(shí)間裂解工 藝。典型地，F(xiàn)CC工藝使柴油沸程的烴進(jìn)料在一短停留時(shí)間的夾帶流提升管反 應(yīng)器中與熱的催化劑顆粒密切接觸，生成價(jià)值更高的裂解產(chǎn)物，尤其是汽油和 烯烴類(lèi)，以及不那么所希望的干氣和焦炭副產(chǎn)物。FCC工藝的開(kāi)發(fā)者們已經(jīng)采 用改進(jìn)的噴料嘴設(shè)計(jì)來(lái)提高進(jìn)料加熱速度。FCC噴料嘴改進(jìn)了碳質(zhì)進(jìn)料與熱的 再生催化劑之間的最初接觸的均勻性，這提高了進(jìn)料加熱速度，降低了不那么所希望的干氣和焦炭副產(chǎn)物的產(chǎn)率。例如，美國(guó)專利第6，387，247號(hào)總結(jié)利用進(jìn) 料噴嘴的改進(jìn)以提高進(jìn)料加熱速度和改善FCC反應(yīng)器的整體性能的長(zhǎng)期努力。
FCC工藝的開(kāi)發(fā)者們也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了控制停留時(shí)間的途徑。例如，美國(guó)專利 第6,979,360號(hào)揭示了在一 FCC反應(yīng)器中實(shí)施短接觸時(shí)間烴轉(zhuǎn)化的方法，采用 了氣體與FCC反應(yīng)器固體產(chǎn)物的迅速慣性分離。美國(guó)專利第6,610,900號(hào)通過(guò) 采用分段的FCC提升管反應(yīng)器和段間產(chǎn)物清除而擴(kuò)展了該概念。美國(guó)專利第 5,762,882號(hào)揭示了通過(guò)汽化從用過(guò)的催化劑中除去反應(yīng)產(chǎn)物的方法。用餾出物 進(jìn)料時(shí)，副產(chǎn)物焦炭的產(chǎn)量大致與FCC工藝過(guò)程需要的熱量平衡。瀝青渣較高 的FCC進(jìn)料中使焦炭產(chǎn)率較高，這對(duì)工藝性能有很大的負(fù)面影響。美國(guó)專利第 4,415,438號(hào)揭示了釆用熱穩(wěn)定的催化劑和高的催化劑再生溫度來(lái)提高重質(zhì)油 進(jìn)料的加熱速度并降低焦炭產(chǎn)率。美國(guó)專利第5，271，826號(hào)通過(guò)提高再生的催 化劑與進(jìn)料的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)提高的提升管初始溫度，然后加入急冷液體來(lái)調(diào)節(jié)提 升管溫度，得到了類(lèi)似結(jié)果。加拿大專利第2,369,288號(hào)揭示了渣油進(jìn)料與惰性 固體在FCC反應(yīng)器型的短接觸時(shí)間反應(yīng)器中熱裂解以解決催化劑失活難題，但 也導(dǎo)致了較差的產(chǎn)物產(chǎn)率分布，包括焦炭產(chǎn)量超過(guò)了工藝的熱量需求。美國(guó)專 利申請(qǐng)公開(kāi)第2006/0042999號(hào)揭示了 FCC重質(zhì)油進(jìn)料脫瀝青以降低催化劑因 進(jìn)料中存在的金屬和焦炭前體引起的失活速率。美國(guó)專利第6,171,471號(hào)揭示 了渣油FCC進(jìn)料的適度加氫裂解和脫瀝青的結(jié)合以降低由于進(jìn)料中存在的金 屬和焦炭前體引起的催化劑失活的速率。盡管有這些努力來(lái)降低用渣瀝青作進(jìn) 料的FCC工藝的焦炭產(chǎn)率，焦炭的產(chǎn)量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)再生的催化劑或惰性固 體預(yù)熱所需要的量。
結(jié)果，采用類(lèi)似的原理成功地開(kāi)發(fā)了短接觸時(shí)間流化焦化工藝，該工藝使 瀝青渣油轉(zhuǎn)化成餾出液的轉(zhuǎn)化率最大化。典型地，流化焦化工藝包括焦炭顆粒 的部分燃燒，通過(guò)與熱焦粒的流化床密切接觸快速加熱渣油進(jìn)料，通過(guò)旋風(fēng)分 離器將夾帶的副產(chǎn)物焦炭與氣相產(chǎn)物快速分離，以及急冷系統(tǒng)將氣相產(chǎn)物迅速 冷卻以使二次熱解降低至最低程度。美國(guó)專利第2,881,130號(hào)揭示了渣油進(jìn)料
的霧化和分布以防止流化焦床的沉陷和提高渣油進(jìn)料的加熱速度。流化焦化工 藝的開(kāi)發(fā)者們也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了控制停留時(shí)間的途徑。例如，美國(guó)專利第4,816,136 號(hào)揭示了進(jìn)料順序在提升管反應(yīng)器然后在操作溫度較低的流化焦床中與較高 溫度的焦粒接觸以提高餾出物產(chǎn)率。美國(guó)專利第5,658,455號(hào)描述了一種用于 短氣相停留時(shí)間反應(yīng)器的方法，它能將二次熱裂解反應(yīng)降低到最低程度。美國(guó)
5專利第4,497,705號(hào)揭示了對(duì)再循環(huán)重質(zhì)油進(jìn)行溶劑精制，選擇地去除碳質(zhì)較 少的物質(zhì)的方法，它降低了這些有價(jià)值產(chǎn)物的不希望的二次裂解。美國(guó)專利第 4,587,010號(hào)揭示了在進(jìn)行再生之前通過(guò)部分氧化將有價(jià)值的產(chǎn)物從焦炭中解 提出來(lái)的方法。流化焦化與FCC過(guò)程有不少共同的特點(diǎn)，對(duì)于處理碳質(zhì)渣油進(jìn) 料來(lái)說(shuō)有好些優(yōu)點(diǎn)。流化焦化工藝排除了催化劑快速失活的難題，也不需要燒 掉像FCC處理瀝青渣油時(shí)產(chǎn)生的相當(dāng)大數(shù)量的焦炭。由于流化焦化和FCC工 藝都要求所有的液體產(chǎn)物是通過(guò)蒸發(fā)產(chǎn)生，對(duì)于未轉(zhuǎn)化的瀝青渣油，這二種工 藝都不能在短停留時(shí)間下運(yùn)作。
美國(guó)專利第3,393,133號(hào)揭示了高溫短停留時(shí)間蒸餾方法，該方法能使餾 出液產(chǎn)率最高，使渣油因熱裂解反應(yīng)造成的降解最小。然而，溶劑萃取 [Altgdt(1994)]是一種優(yōu)選的方法，以制取具有高得多的等效標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的渣油 餾份，而且基板上沒(méi)有熱裂化降解。已經(jīng)成功地開(kāi)發(fā)出溶劑精制工藝，例如美 國(guó)專利第4,810,367號(hào)連續(xù)地從瀝青渣油進(jìn)料中產(chǎn)出脫瀝青油、樹(shù)脂和瀝青物 料。這些過(guò)程需要許多個(gè)簡(jiǎn)單又可靠的單元操作來(lái)使渣油與溶劑接觸和分離。 此外，溶劑與渣油的分離步驟需要大量的蒸汽加熱。因此，該工藝技術(shù)在煉油 廠特別有用，在煉油廠，所需要的溶劑、蒸汽和維修的基礎(chǔ)設(shè)施都容易得到。 美國(guó)專利第6,357,526號(hào)揭示了一種溶劑抽提現(xiàn)場(chǎng)提質(zhì)裝置的方法來(lái)制取脫瀝 青油合成粗產(chǎn)物，以及一種瀝青燃料來(lái)產(chǎn)生用于瀝青提取的蒸汽。對(duì)于這種間 接的應(yīng)用，閃蒸脫瀝青工藝具有許多潛在的理想的特征。溫度非常高，接觸時(shí) 間非常短的閃蒸單元操作有可能在緊湊單一的單元操作中制取脫瀝青油和瀝 青物流而毋須溶劑。輸入的熱能可用來(lái)分離脫瀝青油和瀝青產(chǎn)物，產(chǎn)生用于瀝 青提取的蒸汽，產(chǎn)生熱瀝青物流，該物流不需要再加熱或造粒就能被燒掉。遺 憾的是，早期的工藝未提供任何方法能加熱瀝青進(jìn)料，分離脫瀝青油與瀝青質(zhì) 產(chǎn)物，足夠迅速地冷卻分離的脫瀝青油和瀝青質(zhì)產(chǎn)物以避免脫瀝青油產(chǎn)物的過(guò) 度熱裂解和降解。
渣油加氫裂化是最常設(shè)的將瀝青材料轉(zhuǎn)化成碳質(zhì)較少的材料，并且降低在 未轉(zhuǎn)化的瀝青物質(zhì)中金屬和焦炭前體濃度的方法。美國(guó)專利第2,987,465號(hào)首 次介紹了沸騰床加氫裂化反應(yīng)器的概念。沸騰床氫化反應(yīng)器利用碳質(zhì)瀝青渣油 和氫氣進(jìn)料的向上流動(dòng)，與加氫處理催化劑顆?；驃A帶的膠態(tài)加氫處理催化劑 的膨脹床接觸。膨脹床加氫處理催化劑床層要遠(yuǎn)比原來(lái)的固定床催化劑床層設(shè) 計(jì)不容易被堵塞。美國(guó)專利第5,164,075號(hào)揭示了制取膠體重質(zhì)油催化劑的方法，該催化劑對(duì)瀝青物質(zhì)的加氫特別有效。美國(guó)專利第6,511,937號(hào)揭示了回收和再循環(huán)膠體重質(zhì)油加氫裂化催化劑的方法。所有這些渣油加氫裂化工藝都同時(shí)對(duì)渣油進(jìn)行加氫和熱裂解。美國(guó)專利第4,427,535號(hào)確定了該方法的一個(gè)基本限度。熱裂解反應(yīng)的活化能高于加氫反應(yīng)的活化能。加氫反應(yīng)延遲了產(chǎn)生焦炭前體并最終產(chǎn)生焦炭的聚合反應(yīng)。因此，渣油加氫裂化器必須在比FCC或流化焦化裝置低得多的溫度下操作以維持可操作性。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第2005241993號(hào)揭示了采用膠體硫化鉬催化劑來(lái)提高加氫反應(yīng)速度，尤其是瀝青物質(zhì)的加氫反應(yīng)速度。這個(gè)創(chuàng)新提高了瀝青物質(zhì)加氫反應(yīng)的速度，而且使可操作的溫度放到最大，但它并未改變?cè)摷託淞鸦鞑僮鳒囟认薅鹊幕咎匦?。供氫體稀釋裂化工藝基本上消除了該溫度限制，它通過(guò)對(duì)環(huán)烷基餾出物中溫加氫
產(chǎn)生供氫體溶劑，然后，在該供氫體溶劑存在下對(duì)渣油進(jìn)行熱裂解，大大降低了焦炭前體生成的速度。美國(guó)專利第4,698,147號(hào)揭示了在提高供氫體稀釋裂化過(guò)程的溫度的同時(shí)減少接觸時(shí)間，單調(diào)提高渣油轉(zhuǎn)化成餾出液的最大轉(zhuǎn)化率。美國(guó)專利第4,002,556號(hào)揭示了高溫和短接觸時(shí)間供氫體稀釋裂化工藝大大地減少了為維持可操作性所需要的氫氣消耗量。這些高溫和短接觸時(shí)間的益處看來(lái)只是受制于實(shí)際的進(jìn)料加熱速度和產(chǎn)物的冷卻速度的限制。供氫體稀釋裂化工藝要求有足夠高的壓力以使供氫體溶劑在高的熱裂化反應(yīng)溫度下保持液相的狀態(tài)。
這些工藝過(guò)程中沒(méi)有一個(gè)能實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法能在高溫短接觸過(guò)程中制取液體瀝青產(chǎn)物的潛在優(yōu)越性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種改善瀝青渣油質(zhì)量的閃蒸方法，該方法利用燃燒氣體射流將渣油進(jìn)料迅速霧化和加熱，采用慣性裝置將氣態(tài)和液態(tài)的反應(yīng)物迅速分離，以及急冷物流將氣態(tài)輕質(zhì)油產(chǎn)物和液態(tài)重質(zhì)油產(chǎn)物迅速冷卻。
燃燒氣體經(jīng)過(guò)一漸縮-漸擴(kuò)型噴嘴，也稱為de Laval型噴嘴發(fā)生膨脹而產(chǎn)生燃燒氣體射流。反應(yīng)物在425。C以上的停留時(shí)間少于400毫秒，優(yōu)選少于IOO毫秒，最好少于50毫秒。由于瀝青碳質(zhì)物質(zhì)，即庚烷不溶物對(duì)于常規(guī)的煉油廠單元操作而言是最令人頭痛的物質(zhì)，所以本發(fā)明注重瀝青物質(zhì)的去除。從渣油中去除瀝青碳質(zhì)物質(zhì)可以通過(guò)將反應(yīng)物在蒸發(fā)所需的最短停留時(shí)間內(nèi)加熱至將庚垸可溶物蒸發(fā)的最低溫度，產(chǎn)生因熱裂解引起的降解程度最低的脫瀝青油
7和瀝青重質(zhì)油產(chǎn)物。通過(guò)提高反應(yīng)物溫度，同時(shí)又將425。C以上的實(shí)際停留時(shí) 間保持在最短可以顯著降低瀝青重質(zhì)油產(chǎn)物的產(chǎn)率，使氣體和輕餾出液的得率 最低。瀝青重質(zhì)油的產(chǎn)率還可以通過(guò)渣油進(jìn)料的部分加氫，以及在更高的反應(yīng) 物溫度下操作，同時(shí)又將425。C以上的實(shí)際停留時(shí)間保持在最短的條件下操作 來(lái)進(jìn)一步地降低。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，披露了一種改善瀝青渣油質(zhì)量的方法，該方法 包括
a) 利用燃燒氣體在通過(guò)漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴時(shí)的膨脹產(chǎn)生燃燒氣體射流;
b) 使該燃燒氣體射流與瀝青渣油進(jìn)料密切接觸；
c) 將通過(guò)該瀝青渣油與該燃燒氣體射流接觸所形成的氣相與液相產(chǎn) 物分離；
d) 將該氣相產(chǎn)物與液相產(chǎn)物冷卻，分別形成輕質(zhì)油與重質(zhì)油產(chǎn)物。 本發(fā)明方法的操作方式是將瀝青渣油加到所述燃燒氣體射流之前預(yù)熱到
約100°C至約425°C的溫度范圍。
氣相和液相產(chǎn)物被冷卻至低于400°C的溫度。 該瀝青渣油的表觀粘度一般低于IOOO厘泊(cP)。
該方法還提供對(duì)包括碳質(zhì)渣油的部分加氫的預(yù)處理。該加氫可以在沸騰床 或固定床加氫處理反應(yīng)器中，在催化劑存在下進(jìn)行，所述催化劑選自擔(dān)載在活 性氧化鋁載體上的鉬酸鈷和鉬酸鎳。該催化劑也可以是一種膠體的加氫處理催 化劑，例如膠體硫化鉬類(lèi)型的催化劑。
在渣油進(jìn)料中氫的加入量為每桶渣油進(jìn)料約100至約1500標(biāo)準(zhǔn)立方英尺 氫氣，優(yōu)選每桶渣油進(jìn)料加入約150至約IOOO標(biāo)準(zhǔn)立方英尺氫氣。
通過(guò)使一種氧化劑與一種燃料反應(yīng)產(chǎn)生燃燒氣體，燃料選自一氧化碳，氫 氣，氣態(tài)烴類(lèi)和它們的混合物，氧化劑選自空氣，富氧空氣和基本上的純氧。蒸 汽也可用來(lái)控制燃燒溫度，阻止焦炭的生成，以及簡(jiǎn)化產(chǎn)物回收系統(tǒng)。
典型地，燃燒氣體的溫度為約1250至約2000°C，壓力為約2至40巴。
漸縮-漸擴(kuò)噴嘴可以是軸對(duì)稱的，碳質(zhì)渣油可以從氣體射流的外圍與氣體 射流接觸。燃燒氣體射流也可以由一個(gè)圓錐形的漸縮-漸擴(kuò)噴嘴來(lái)形成。渣油可 以沿著該圓錐形的漸縮-漸擴(kuò)噴嘴的軸向與氣體射流接觸。
在本發(fā)明的方法中，慣性裝置可以是一個(gè)旋風(fēng)分離器。反應(yīng)物在425。C以 上的停留時(shí)間小于400毫秒?？梢圆捎靡后w餾出物急冷劑來(lái)快速冷卻氣相和液相的反應(yīng)物。在某個(gè)實(shí)例中，將液體餾出液急冷劑霧化?？梢圆捎么祾邭怏w使 在重質(zhì)油產(chǎn)物中餾出液急冷劑的損失減少到最低程度，該吹掃氣體優(yōu)選蒸汽。


圖1為依照本發(fā)明的方法的瀝青渣油閃蒸工藝過(guò)程的示意圖。
圖2為霧化加熱噴嘴圖。 圖3為慣性氣-液分離裝置圖。
具體實(shí)施例方式
借助于這些附圖來(lái)描述處理瀝青渣油的閃蒸處理方法。圖l中，瀝青渣油 進(jìn)料1典型地含有25重量％以上的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)高于975°F (524。C)的物質(zhì)，更優(yōu)選 50重量％以上，最好是75重量％以上。渣油進(jìn)料典型地具有5-40重量％的蘭氏 殘?zhí)?Ramsbottom carbon)和庚垸不溶物。含碳較多的進(jìn)料典型地表現(xiàn)出較高 的蘭氏殘?zhí)贾岛透椴蝗芪镏?。典型的渣油進(jìn)料來(lái)源包括石油的常壓渣油或減 壓渣油，油砂，瀝青，焦油砂，煤焦油，熱解焦油或頁(yè)巖油。渣油進(jìn)料l在進(jìn)入 霧化-加熱噴嘴2之前也可以被部分加氫?？蛇x的渣油進(jìn)料加氫步驟的氫氣消耗 量通常為每桶石油100-1500標(biāo)準(zhǔn)立方英尺(SCF/bbl)或每立方米95-285克摩 爾，較優(yōu)選的為150-1000 SCF/bbl，最好為200-700 SCF/bbl?？蛇x的加氫步驟優(yōu) 選在沸騰床或固定床加氫處理反應(yīng)器中進(jìn)行，采用常規(guī)的擔(dān)載在活性氧化鋁載 體上的鉬酸鈷和鉬酸鎳加氫處理催化劑和/或膠體加氫催化劑系統(tǒng)，優(yōu)選硫化 鉬膠體催化劑。
經(jīng)加氫處理過(guò)或未處理過(guò)的渣油進(jìn)料1在進(jìn)料到霧化-加熱噴嘴之前通常 預(yù)熱至100-425°C的溫度范圍，更優(yōu)選地200-400°C，最好300-375°C的溫度范 圍。在進(jìn)料溫度下，渣油進(jìn)料的表觀粘度優(yōu)選低于1000厘泊(cP)或1Pa，s，更 優(yōu)選地，低于100 cP,最好是低于10cP。霧化-加熱噴嘴2利用燃燒氣體射流3 將渣油進(jìn)料1迅速霧化和加熱，產(chǎn)生反應(yīng)物流6。通過(guò)燃燒氣體4經(jīng)過(guò)漸縮-漸 擴(kuò)噴管5的膨脹形成燃燒氣體射流3?？梢杂脴?biāo)準(zhǔn)的方法(Green- 1999)來(lái)設(shè) 計(jì)該漸縮-漸擴(kuò)噴嘴5以獲得理想的燃燒氣體射流3的動(dòng)能含量和熱能含量。在 一隔熱9的燃燒室10里使燃料7和氧化劑8燃燒產(chǎn)生燃燒氣體4。燃料7可以 是一氧化碳，氫氣，固體碳質(zhì)燃料，液態(tài)烴類(lèi)，氣態(tài)烴類(lèi)，或者它們的混合物。 優(yōu)選氣態(tài)和液態(tài)的燃料。煤，焦炭，石油焦是固體碳質(zhì)燃料的例子。氧化劑可以是空氣，富氧空氣，或用蒸汽稀釋的基本上的純氧。基本上的純氧的氧濃度
優(yōu)選高于0.7摩爾分?jǐn)?shù)(g卩，氬和氮的摩爾分?jǐn)?shù)小于0.3),更優(yōu)選地，高于0.S5 摩爾分?jǐn)?shù)，最好高于0.9摩爾分?jǐn)?shù)。當(dāng)工藝的目標(biāo)是使顯著部分的反應(yīng)物流6 氣化，而又使熱裂化降解程度最低時(shí)，則空氣是優(yōu)選的氧化劑。如果工藝的目 標(biāo)是使反應(yīng)物流6氣化和熱裂解，則經(jīng)蒸汽稀釋的基本上純的氧是優(yōu)選的氧化 劑8。
釆用適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)燃燒器11來(lái)混合和點(diǎn)燃燃料7與氧化劑8。調(diào)節(jié)氧化劑8 的流速，使該流速為將燃料7轉(zhuǎn)化成C02, H20， H2S和N2的理論所需值的 0.9-1.05倍，更理想的是0.95-1倍。調(diào)整燃料7和氧化劑8的性質(zhì)，使燃燒氣體 4的溫度達(dá)到1000-2500°C，更優(yōu)選地，達(dá)到1250-2000°C,最好達(dá)到 1500-1750。C。燃燒氣體4的壓力優(yōu)選為反應(yīng)物流6的壓力的2-20倍，更優(yōu)選地, 3-15倍。燃燒室IO的容積要足以使燃燒反應(yīng)，通常在約l秒鐘內(nèi)基本完成。
如圖2所示，霧化-加熱噴嘴2優(yōu)選地具有圓錐形的漸縮-漸擴(kuò)噴嘴5,如圖 所示，渣油進(jìn)料、l沿著圓錐形漸縮-漸擴(kuò)噴嘴5的軸向進(jìn)入。該漸縮-漸擴(kuò)噴嘴 也可以是一種常規(guī)的軸對(duì)稱漸縮-漸擴(kuò)噴管，渣油進(jìn)料經(jīng)過(guò)其周?chē)M(jìn)入?？梢圆?用漸縮-漸擴(kuò)噴嘴陣列。優(yōu)選的圓錐形的漸縮-漸擴(kuò)噴嘴5可以在內(nèi)霧化-加熱 噴嘴體12與外霧化-加熱噴嘴體13之間方便地形成。內(nèi)霧化-加熱噴嘴體12與 外霧化-加熱噴嘴體13的溫度都由噴嘴冷卻劑流15來(lái)控制。噴嘴冷卻劑流15 可以是例如液相的冷卻劑，水或者例如DowthermA熱載體。噴嘴冷卻劑流15 可以有利地含有液相和氣相以改善溫度控制，提高內(nèi)和外霧化-加熱噴嘴體的 尺寸穩(wěn)定性，因而也提高了圓錐形漸縮-漸擴(kuò)噴嘴5的尺寸穩(wěn)定性。兩相冷卻劑 壓力優(yōu)選設(shè)定為保持冷卻劑的溫度在100-350。C的范圍，更優(yōu)選地，在 200-300。C的范圍內(nèi)。噴嘴冷卻劑15在環(huán)形冷卻劑進(jìn)料通道16和冷卻劑返回 通道17中與霧化-加熱噴嘴的內(nèi)體12和外體13密切接觸。進(jìn)料通道16和返回 通道17可有利地設(shè)置以螺旋擋板，以提高冷卻劑的速度和確保冷卻劑流的均 勻分布。
燃燒氣體4通過(guò)氣體進(jìn)料孔19進(jìn)入霧化-加熱噴嘴2，并通過(guò)環(huán)形集管20 分配至環(huán)形漸縮-漸擴(kuò)噴嘴5的進(jìn)口處。燃燒氣體4通過(guò)圓錐形漸縮-漸擴(kuò)噴嘴5 加速，產(chǎn)生燃燒氣體射流3。燃燒氣體射流3與渣油進(jìn)料1之間的角度21優(yōu)選 為30-75°,更優(yōu)選為45-60°。調(diào)整燃燒氣體射流3與渣油進(jìn)料1的流速比例， 對(duì)反應(yīng)物流6獲得為500-850°C的絕熱溫度。導(dǎo)管22將霧化-加熱噴嘴2與慣
10性氣-液分離裝置23連接起來(lái)。優(yōu)選的慣性分離裝置23是具有幾個(gè)附加特征的
旋風(fēng)分離器。確定旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)參數(shù)和評(píng)估旋風(fēng)分離器的分離性能，以及 作為旋風(fēng)分離器的操作條件和設(shè)計(jì)相關(guān)的變量的停留時(shí)間的方法是容易得到
的(Green- 1999)?？梢圆捎萌菀椎玫降臒崃呀鈩?dòng)力學(xué)模型(Gray - 2004)來(lái)評(píng) 估與操作條件相關(guān)的熱降解程度。
如圖3中進(jìn)一步的描述，慣性裝置進(jìn)料24經(jīng)過(guò)一矩形導(dǎo)管26切向進(jìn)入慣 性裝置23的圓筒形段25。蒸氣組分27遵循螺旋流動(dòng)方式至蒸氣排出圓筒28。 蒸氣組分27通過(guò)與急冷劑液流29密切接觸被迅速冷卻至低于400°C,更好的 是低于300。C的溫度，形成氣相產(chǎn)物流30。用常規(guī)的噴霧嘴30來(lái)增加急冷劑 液的界面面積，并且將急冷劑液的小液滴分散在圓筒形蒸氣排出導(dǎo)管28的截 面上。霧化器可以用急冷劑液流29作為移動(dòng)流體或蒸氣移動(dòng)流體。蒸氣或汽 化的急冷物流29是常規(guī)的蒸氣移動(dòng)流體。餾出液急冷劑液流29的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)優(yōu) 選比輕質(zhì)油31的操作溫度低25-150°C,更好的是比輕質(zhì)油31的操作溫度低 50-100oC。
物流24中的液體組分以螺旋流動(dòng)方式向下流經(jīng)圓筒段25和錐形段32至 重質(zhì)油排出口 33。錐形段32利用慣性力對(duì)重質(zhì)油加速至重質(zhì)油排出口 33的導(dǎo) 管，并且在重質(zhì)油排出口 33的導(dǎo)管入口處增加了重質(zhì)油膜的厚度。錐形段32 典型地采用一直線錐形，其底部半徑與頂部半徑之差大致等于重質(zhì)油排出口 33 導(dǎo)管的寬度40。
采用一冷卻夾套35將圓筒段25和錐形段32的器壁溫度冷卻至400-200°C 是有利的，更好的是冷卻至350-250。C。從過(guò)程中獲得的烴物流或者導(dǎo)熱流體， 例如，Dowtherm A,可以方便的被用作旋風(fēng)分離器夾套冷卻劑34。夾套冷卻劑 優(yōu)選沸程窄的烴類(lèi)混合物，其泡點(diǎn)大致等于在合適的夾套操作壓力下理想的器 壁溫度，以改善圓筒段25和錐形段32的溫度控制。冷卻劑返回流36中的烴 類(lèi)蒸氣可以被冷凝下來(lái)，產(chǎn)生蒸汽以及使夾套冷卻劑進(jìn)料流34再生?？梢詫s 出液急冷劑液39加到旋風(fēng)分離器23的圓筒段25或錐形段32或重質(zhì)油排出導(dǎo) 管33中(如圖3所示)，以加速冷卻旋風(fēng)分離器進(jìn)料24的液體部分是有利的。 可以有利地把吹掃氣體37加到旋風(fēng)分離器的錐形段32 (如圖3所示)來(lái)清掃旋 風(fēng)分離器進(jìn)料24的蒸氣組分，以使在旋風(fēng)分離器的圓筒段25和錐形段32的壁 上的冷凝減少到最低程度。另外，通過(guò)控制蒸氣通過(guò)重質(zhì)油排出導(dǎo)管33排出的 流速可以控制在錐形段32壁上的重質(zhì)油膜的厚度。吹掃氣優(yōu)選蒸汽。圖1,2,3中的設(shè)備可以用三種模式來(lái)操作閃蒸脫瀝青，閃蒸熱解，閃蒸 供氫體裂解。閃蒸脫瀝青單元操作的工藝目的是，主要通過(guò)閃蒸從碳質(zhì)渣油進(jìn) 料生產(chǎn)所需數(shù)量的瀝青重質(zhì)油，而且使輕質(zhì)油產(chǎn)物和重質(zhì)油產(chǎn)物的熱降解減少 到最低程度。要達(dá)到這個(gè)目的，操作的停留時(shí)間要最短，實(shí)現(xiàn)所需分離所需要 的操作溫度最低。
閃熱裂單元操作的工藝目的是，提高操作溫度，以通過(guò)將蒸發(fā)與重質(zhì)油的 熱裂化結(jié)合，實(shí)現(xiàn)較高的輕質(zhì)油產(chǎn)率。由于該工藝產(chǎn)生的低沸點(diǎn)烴類(lèi)的產(chǎn)率很 高，優(yōu)選用蒸汽稀釋的基本上純的氧作為氧化劑。
通過(guò)用均相催化劑對(duì)渣油進(jìn)料加氫處理以更有效地對(duì)瀝青物質(zhì)加氫，產(chǎn)生 出供氫體溶劑，還可以進(jìn)一步提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率。自加氫步驟夾帶的均相加氫 催化劑也能催化閃蒸過(guò)程中的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，以進(jìn)一步降低焦炭前體生成的速 率。采用渣油預(yù)處理方法可以進(jìn)一步提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率，該方法包括將膠體硫 化鉬催化劑加入到碳質(zhì)渣油中去，將重質(zhì)油產(chǎn)物的一部分循環(huán)，將渣油進(jìn)料與 循環(huán)碳質(zhì)重質(zhì)油合并，將此混合物輸入到加氫處理反應(yīng)器中，加入100-1500 SCF H2/bbl,更優(yōu)選地，加入150-1000 SCF H2/bbl,最好是加入200-700 SCF H2/bbl。反應(yīng)物在425。C以上的停留時(shí)間優(yōu)選小于50毫秒，反應(yīng)物溫度被設(shè)定 成使瀝青物質(zhì)轉(zhuǎn)化成庚垸可溶物的轉(zhuǎn)化率低于85%,更好的是低于75%。
實(shí)施例1
本實(shí)施例說(shuō)明了采用閃蒸處理方法從典型的油砂瀝青生產(chǎn)脫瀝青的油產(chǎn) 物，同時(shí)有足夠量的副產(chǎn)物蒸汽供釆用SAGD工藝的瀝青生產(chǎn)。在本實(shí)施例中, 油砂瀝青的進(jìn)料流量是33.5公噸/小時(shí)。燃燒室燃料需求量為每小時(shí)1.7公噸輕 質(zhì)油產(chǎn)物。燃燒室操作壓力為5.3巴。燃燒氣體溫度在缺氧10%下為為2000°C。 圓錐漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴的渣油進(jìn)料-氣體射流的夾角為60°,狹道面積為130厘米 2。反應(yīng)物平均溫度為約540°C，壓力2.2巴。旋風(fēng)分離器有一 14x29 cm的進(jìn) 料導(dǎo)管，圓筒段直徑58厘米，高36厘米，氣體出口直徑29厘米，高36厘米， 用于加壓霧化器的急冷劑液的流量為24.4公噸/小時(shí)，輕質(zhì)油溫度為400。C，錐 形段最小直徑58厘米，最大直徑65厘米，高80厘米，重質(zhì)油排出導(dǎo)管寬3.5 厘米，高7厘米，汽提蒸汽的流量為9.4公噸/小時(shí)，重質(zhì)油產(chǎn)物流速5.7公噸/ 小時(shí)(大致上等于油砂瀝青進(jìn)料中的瀝青質(zhì)含量)。熱裂化反應(yīng)導(dǎo)致約1%的瀝 青質(zhì)轉(zhuǎn)化成較輕的產(chǎn)物。重質(zhì)油的燃燒提供了蒸汽，其凈產(chǎn)量約2.65千克/千克油砂瀝青進(jìn)料，該蒸汽產(chǎn)量是通過(guò)SAGD法的油砂生產(chǎn)的典型蒸汽需要量。 脫瀝青油產(chǎn)物的流量約為26.2公噸/小時(shí)。
實(shí)施例2
實(shí)施例2采用實(shí)施例1中描述的設(shè)備，將瀝青物質(zhì)轉(zhuǎn)化為脫瀝青油和重質(zhì) 餾份，同時(shí)使氣態(tài)的和焦炭前體物質(zhì)生成得最少。在23千克/小時(shí)的溫度為 535°C以上的油砂減壓渣油(瀝青質(zhì)含量約33重量％)配以1000 ppm的硫化鉬 膠體催化劑，并與10.4千克/小時(shí)的循環(huán)重質(zhì)油摻混，在沸騰床加氫處理器中在 100巴下進(jìn)行足夠的液體停留時(shí)間的加氫處理，向渣油中加入約640 SCF/bbl 的氫氣。3千克/小時(shí)的天然氣燃料在5.3巴壓力下被氧化劑氧化，該氧化劑包 含11.3千克/小時(shí)的純氧和蒸汽稀釋劑，蒸汽稀釋劑與氧氣的比例為1.2:1。產(chǎn) 生的燃燒氣體經(jīng)過(guò)一個(gè)圓錐形漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴從5.3巴膨脹至2.2巴，與部分 加氫的減壓渣油和循環(huán)重質(zhì)油接觸。這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了約700°C的最高熱裂解溫 度，使減壓渣油進(jìn)料中約93%的瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。未轉(zhuǎn)化的瀝青重質(zhì)油副產(chǎn)物 包含除該過(guò)程產(chǎn)生的焦炭前體和任何焦炭之外在減壓渣油和催化劑進(jìn)料中的 全部金屬。該物質(zhì)最好加到氣化裝置中以產(chǎn)生氫氣并回收金屬。
雖然已就具體實(shí)施方式
描述了本發(fā)明，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言本發(fā) 明的許多其他的形式和變更是顯而易見(jiàn)的。本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)一般應(yīng)被認(rèn)為 包括了全部這些顯而易見(jiàn)的形式和變更，這些形式和變更在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì) 和范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種瀝青渣油的改質(zhì)方法，它包括a)利用燃燒氣體在通過(guò)漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴時(shí)膨脹產(chǎn)生燃燒氣體射流，b)使所述的瀝青渣油與所述的燃燒氣體射流接觸，c)將通過(guò)所述接觸形成的氣相與液相分離，d)將所述的氣相產(chǎn)物與液相產(chǎn)物冷卻，形成輕質(zhì)油產(chǎn)物與重質(zhì)油產(chǎn)物。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的冷卻是指冷卻至低于 400°C的溫度。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的瀝青渣油進(jìn)料的表觀粘 度小于1000 cP。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的瀝青渣油在與所述的燃 燒氣體射流接觸之前的溫度約為100-425°C。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，該方法還包括使所述瀝青渣油在與所述燃燒 氣體射流接觸之前與均相催化劑接觸以對(duì)該瀝青渣油進(jìn)行加氫處理。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述均相催化劑是硫化鉬催化劑。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述加氫處理是沸騰床或固定 床加氫處理反應(yīng)器中進(jìn)行。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，向所述瀝青渣油中加入氫氣。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，向所述瀝青渣油中加入氫氣量 為每桶瀝青渣油加入約100至約1500標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的氫氣。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，向所述瀝青渣油中加入氫氣 量為每桶瀝青渣油加入約150至約IOOO標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的氫氣。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃燒氣體射流是通過(guò)使 氧化劑與燃料反應(yīng)形成。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述氧化劑選自下組空氣、 富氧空氣以及基本上純的氧。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料選自下組 一氧化 碳、氫氣、氣態(tài)烴類(lèi)以及它們的混合物。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，該方法還包括將蒸汽加入所述燃料中。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃燒氣體與所述反應(yīng)氣體物流的壓力比例范圍為2 - 20。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃燒氣體射流的溫度為 約1250。C至約2000°C。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴是軸對(duì) 稱的。
18. 如權(quán)利要求l所述的方法，該方法還包括漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴的陣列。
19. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述瀝青渣油從所述燃燒氣 體射流的周?chē)c燃燒氣體射流接觸。
20. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴是圓錐 形的。
21. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述瀝青渣油沿著所述圓錐 形漸縮-漸擴(kuò)形噴嘴的軸向與所述燃燒氣體射流接觸。
22. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述分離在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行。
23. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)物在425。C以上的停 留時(shí)間小于400毫秒。
24. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，采用餾出液急冷劑來(lái)迅速冷 卻所述的蒸汽相和氣相。
25. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，將所述急冷劑霧化。
26. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，采用吹掃氣使所述重質(zhì)油中 的所述餾出液的損失減少到最低程度。
27. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述燃燒氣體射流與所 述瀝青渣油的流量比，以使所述反應(yīng)物流的絕熱溫度范圍在500°C至850°C之 間。
全文摘要
一種對(duì)于未處理過(guò)的和部分加氫的瀝青渣油的改質(zhì)方法，該方法利用熱的高速燃燒氣體射流將渣油迅速霧化和加熱，維持反應(yīng)物在以最短的實(shí)際停留時(shí)間達(dá)到期望的渣油轉(zhuǎn)化率時(shí)所需要的溫度，迅速分離氣體和液體的反應(yīng)物，并且將氣體和液體產(chǎn)物迅速冷卻。采用所需的最低溫度和最短的實(shí)際停留時(shí)間來(lái)生產(chǎn)脫瀝青油和瀝青質(zhì)產(chǎn)物，同時(shí)使因熱裂解造成的降解減小到最低程度。通過(guò)將渣油進(jìn)料與一部分重質(zhì)油產(chǎn)物合并，并對(duì)該混合物進(jìn)行部分加氫可顯著提高渣油的最大轉(zhuǎn)化率。
文檔編號(hào)C10C3/00GK101668831SQ200880013731
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
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