含焦固體顆粒的氣化方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油化工工藝，具體是含焦固體顆粒連續(xù)氣化生產(chǎn)合成氣的工藝方法及實(shí)現(xiàn)含焦固體顆粒連續(xù)氣化生產(chǎn)合成氣的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]重質(zhì)油的催化裂化和熱轉(zhuǎn)化過程中，使用流化床反應(yīng)器是很重要的一個方向，例如流化催化裂化，流化焦化等。此類過程中，流化的固體顆粒，即催化劑或者是熱載體，在反應(yīng)進(jìn)行中表面會產(chǎn)生積炭，積炭較多時可能影響固體顆粒的效果，需要將焦炭燃燒去除。含焦固體顆粒的燃燒再生不僅限于煉油過程，容易產(chǎn)生積炭的流化床反應(yīng)器中經(jīng)常涉及該問題。一般解決方法是將固體顆粒連續(xù)的輸送進(jìn)入另一個流化床反應(yīng)器，引入空氣或含氧氣體在600-700 °C左右燒焦，燒焦完成的固體顆粒再連續(xù)的輸送返回到流化床反應(yīng)器中。
[0003]燒焦可以在一個流化床反應(yīng)器中完成，也有使用兩段流化床的。美國專利US3844973公開了典型兩段燒焦的方法，待生的含焦顆粒首先進(jìn)入高氣速的燒焦罐，燒焦罐上部設(shè)置縮徑的稀相輸送管，輸送管末端設(shè)置氣固分離設(shè)備，在燒焦罐較高的氣速和分離設(shè)備的作用下，燒焦罐中部分燒焦的顆粒進(jìn)入到第二個流化床的密相中，稱為二密相區(qū)，燒焦罐煙氣則進(jìn)入第二個流化床的稀相中。申請?zhí)枮?712179.5的中國發(fā)明專利申請?zhí)岢隼幂S向重疊布置的兩個流化床先上后下進(jìn)行兩段燒焦。上述專利及一些改進(jìn)的燒焦方法都是為了更好的恢復(fù)催化劑的活性，提高再生效果。
[0004]當(dāng)固體顆粒中焦炭含量較高時，燒焦產(chǎn)生的熱量超過了系統(tǒng)所需，取熱負(fù)荷增大，此時焦炭可用于氣化生產(chǎn)合成氣，滿足煉廠燃料氣和氫氣的需求。靈活焦化技術(shù)就是在流化焦化的基礎(chǔ)上，增加了生焦直接氣化的步驟。氣化過程與燒焦過程有一定的相似性，但需要更高的溫度和使用水蒸氣作為氣化劑，條件更為苛刻。
[0005]美國專利US3759676公開了靈活焦化技術(shù)的氣化反應(yīng)過程。氣化部分使用了類似燒焦罐的快速流化床，待氣化的焦炭顆粒從燒焦罐底部和上部稀相輸送段同時進(jìn)入，上段進(jìn)入起到原流化焦化中加熱器的作用，完成氣化的焦炭上行到頂部沉降段，沉降段和快速流化床隔開，沉降段底部未氣化的焦炭可以作為焦炭產(chǎn)品出廠，部分返回到焦化反應(yīng)器中作為熱載體反應(yīng)。該技術(shù)中氣化流化床雖然設(shè)置了兩層，上層實(shí)際作為排出固體顆粒所用，本質(zhì)上是單床層氣化。其它靈活焦化方面的專利如US3752658等均為單床層氣化。美國專利US3661543對靈活焦化技術(shù)做了改進(jìn)，將加熱器和氣化器兩個流化床同軸安置，上面是加熱器，下面是氣化器，待氣化顆粒先進(jìn)入加熱器，在重力作用下落入氣化器中，發(fā)生氣化反應(yīng)，本質(zhì)上仍是單床層氣化。NPRA年會(1982)公開了一種雙氣路靈活焦化方法，該方法將氣化分成兩段，一段采用空氣/水蒸氣氣化，二段采用純氧/水蒸氣氣化，兩段氣化采用了兩個并列的床層流化床，通過顆粒輸送管交換固體顆粒。傳統(tǒng)的靈活焦化采用空氣氣化，生成的燃?xì)鉄嶂档?，利用率不高。而采用純氧氣化也有問題，由于氣化不僅是產(chǎn)氣還要起到供熱作用，純氧用于燃燒供熱顯然不經(jīng)濟(jì)。分成兩段，一段空氣主要用于供熱加生產(chǎn)低熱值燃?xì)?，二段可生產(chǎn)高熱值的合成氣，經(jīng)濟(jì)性更好。但是采用雙氣路氣化，加上焦化反應(yīng)器和加熱器，共有4個并列的相互之間有顆粒輸送的流化床，操作過于復(fù)雜。
[0006]申請?zhí)枮?03157570.6，200710178843.0，200910244214.2，201210169277.8 等的中國專利申請公開了重油熱接觸裂化和氣化耦合的技術(shù)，這些技術(shù)重點(diǎn)在于流化熱裂化和氣化過程的耦合，包括反應(yīng)的耦合和熱平衡的問題，在氣化方面均采用簡單的單床層氣化。
[0007]固體熱載體與油品熱接觸裂化生成的焦炭，其氣化反應(yīng)中存在兩個階段，第一是含氫量較高的活性焦炭的氣化，該階段氣化速率快，第二是殘留的石墨化程度較高的焦炭的氣化，這些焦炭的氣化難度較高，完全氣化需要較長的時間和較高的溫度。上述技術(shù)中普遍采用單床層氣化，在較低的苛刻度下氣化需要較大的氣化反應(yīng)器并且焦炭大量外排，較高苛刻度下氣化則對設(shè)備要求提出了更高的要求，以及更高的能耗。因此，根據(jù)焦炭氣化反應(yīng)規(guī)律合理設(shè)計(jì)氣化反應(yīng)過程，對于這一類技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性會有更大的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種含焦固體顆粒的氣化方法，該方法可提尚焦炭的氣化強(qiáng)度和提尚熱量利用效率。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的含焦固體顆粒的氣化方法，采用兩級串聯(lián)的流化床反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)連續(xù)氣化，包括如下步驟:
[0010]待氣化的含焦固體顆粒連續(xù)進(jìn)入到第一流化床反應(yīng)器中，跟循環(huán)返回的高溫固體顆?；旌虾笈c第一氣化劑在Tl溫度下發(fā)生第一級氣化反應(yīng)，Tl為800-900°C ；
[0011]含未轉(zhuǎn)化焦炭的固體顆粒及氣體上行進(jìn)入至第二流化床反應(yīng)器中，未轉(zhuǎn)化焦炭與第二氣化劑在T2溫度下發(fā)生第二級氣化反應(yīng)，T2為900-1000°C ；
[0012]第二流化床反應(yīng)器中的部分高溫固體顆粒通過外循環(huán)方式部分返回到第一流化床反應(yīng)器中以提升第一流化床反應(yīng)器中固體顆粒的溫度，部分高溫固體顆粒連續(xù)移出第二流化床反應(yīng)器，作為完成氣化過程的產(chǎn)物。
[0013]根據(jù)本發(fā)明提供的方法，采用兩段流化床反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)焦炭的氣化反應(yīng)，第一流化床反應(yīng)器中部分熱量來自第二流化床反應(yīng)器，從而可以在第一級氣化反應(yīng)得到高于常規(guī)氣化過程的高熱值合成氣。更，本發(fā)明提供的方法基于重油生焦連續(xù)氣化反應(yīng)的特征(重油生焦連續(xù)氣化反應(yīng)中存在兩個階段，第一是含氫量較高的活性焦炭的氣化，該階段氣化速率快，第二是殘留的石墨化程度較高的焦炭的氣化，這些焦炭的氣化難度較高，完全氣化需要較長的時間和較高的溫度)，使第二級氣化反應(yīng)的溫度比第一級氣化反應(yīng)的溫度高100-200°C，從而第一級氣化反應(yīng)能完成高活性焦炭的氣化，第二級氣化反應(yīng)能完成殘留難氣化焦炭的氣化。
[0014]上述的含焦固體顆粒的氣化方法，其中，所述第一氣化劑包括氧氣和水蒸氣，且所述氧氣體積占第一氣化劑總體積的2-20%。所述第二氣化劑包括氧氣和水蒸氣，且所述氧氣體積占第二氣化劑總體積的12-35%。也就是說，第一氣化劑可以米用較低的氧氣含量。第二氣化劑需要相比第一氣化劑更高的氧氣含量，以更高的溫度和更快的反應(yīng)速率將焦炭轉(zhuǎn)化，這樣，在較高的氧氣濃度下的第二級氣化反應(yīng)可以快速的將焦炭轉(zhuǎn)化，減小了氣化反應(yīng)器的設(shè)備尺寸，可減少設(shè)備投資費(fèi)用。
[0015]上述的含焦固體顆粒的氣化方法，其中，所述第一氣化劑或/和所述第二氣化劑是空氣和水蒸氣的混合氣體，以節(jié)約純氧的用量，降低運(yùn)行成本。
[0016]上述的含焦固體顆粒的氣化方法，其中，在第一級氣化反應(yīng)之后第二級氣化反應(yīng)之前，還包括將進(jìn)入至第二流化床反應(yīng)器中的含未轉(zhuǎn)化焦炭的固體顆粒及氣體進(jìn)行氣固分離以得到第一級氣體產(chǎn)品和分離出的固體顆粒步驟，這樣，分離出的固體顆粒與第二流化床反應(yīng)器內(nèi)的固體顆?；旌?，在第二流化床反應(yīng)器內(nèi)中繼續(xù)發(fā)生第二級氣化反應(yīng)，生成第二級氣體產(chǎn)品。第一級氣體產(chǎn)品為高有效氣含量的氣體，可用作制氫或者高熱值燃?xì)?；第二級氣體產(chǎn)品可用作低熱值燃?xì)狻?br>[0017]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種能實(shí)現(xiàn)上述含焦固體顆粒氣化方法的裝置，包括:
[0018]第一流化床反應(yīng)器，所述第一流化床反應(yīng)器上具有物料進(jìn)口及第一氣化劑入口 ；
[0019]第二流化床反應(yīng)器，位于所述第一流化床反應(yīng)器的上方，所述第二流化床反應(yīng)器上具有第二氣化劑入口、氣體產(chǎn)品出口及再生固體顆粒排出口 ；
[0020]外循環(huán)管，一端連接至所述第一流化床反應(yīng)器，另一端連接至所述第二流化床反應(yīng)器，將所述第二流化床反應(yīng)器中的部分高溫固體顆粒通過外循環(huán)方式返回到所述第一流化床反應(yīng)器中；以及
[0021]稀相輸送管，一端連接至所述第一流化床反應(yīng)器，另一端連接至所述第二流化床反應(yīng)器，將所述第一流化床反應(yīng)器中的氣體和固體顆粒通過稀相輸送方式上行至所述第二流化床反應(yīng)器中；
[0022]其中，所述第一硫化床反應(yīng)器為上行式流化床反應(yīng)器，所述第二流化床反應(yīng)器為床層流化床反應(yīng)器，且所述第二流化床反應(yīng)器與所述第一流化床反應(yīng)器通過所述外循環(huán)管及所述稀相輸送管串聯(lián)連接。
[0023]上述的含焦固體顆粒的氣化裝置，其中，所述稀相輸送管容置于所述第二流化床反應(yīng)器的內(nèi)部。
[0024]上述的含焦固體顆粒的氣化裝置，其中，所述稀相輸送管的頂部具有多個開口，所述多個開口直接連通所述第二流化床反應(yīng)器內(nèi)部，所述第二流化床反應(yīng)器內(nèi)具有多個旋風(fēng)分離器，所述多個旋風(fēng)分離器分別具有分離氣體出口，所述分離氣體出口與所述氣體產(chǎn)品出口相連。
[0025]上述的含焦固體顆粒的氣化裝置，其中，所述稀相輸送管的頂部具有多個開口，所述第二流化床反應(yīng)器內(nèi)具有多個旋風(fēng)分離器，所述多個旋風(fēng)分離器分別具有分離氣體出口，多個開口與多個旋風(fēng)分離器中的部分旋風(fēng)分離器對應(yīng)連通，與開口連通的旋風(fēng)分離器的分離氣體出口與外界連接，其余旋風(fēng)分離器的分離氣體出口與所述氣體產(chǎn)品出口相連。
[0026]上述的含焦固體顆粒的氣化裝置，其中，所述第一流化床反應(yīng)器內(nèi)部下方布置有氣體分配器，所述氣體分