一种重油加工方法及系统

摘要

本发明提供了一种重油加工方法及系统。一种重油加工方法，包括以下步骤：步骤A：使富氢气体与重油原料在低温冷等离子体反应器中发生反应，生成第一产物；所述富氢气体与所述重油原料的重量比为0.001～0.2:1，优选0.005～0.15:1；步骤B：使所述第一产物进行延迟焦化，生成第二产物；步骤C：对所述第二产物中的气液相组分进行分馏，获得不同馏分的产品。本发明正是基于等离子体的独特活性，用其强化传统延迟焦化反应过程，来活化原料油，进而提高液体油收率，同时本发明焦化加热炉无需注入水蒸气，工艺废水排放量显著降低，更加环保。

权利要求

1.一种重油加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：使富氢气体与重油原料在低温冷等离子体反应器中发生反应，生成第一产物；

所述富氢气体与所述重油原料的重量比为0.001～0.2:1；

对所述第一产物进行分馏，分为轻组分和重组分，使所述轻组分的气体返回所述低温冷等离子体反应器继续反应；

步骤B：使所述重组分进行延迟焦化，生成第二产物；

步骤C：对所述第二产物中的气液相组分进行分馏，获得不同馏分的产品；

所述低温冷等离子体反应器中的反应温度为180℃～300℃。

2.根据权利要求1所述的重油加工方法，其特征在于，所述富氢气体与所述重油原料的重量比为0.005～0.15:1。

3.根据权利要求1所述的重油加工方法，其特征在于，所述延迟焦化的反应温度为400℃～550℃。

4.根据权利要求1所述的重油加工方法，其特征在于，所述延迟焦化的反应温度为475℃～525℃。

5.根据权利要求1所述的重油加工方法，其特征在于，所述富氢气体为氢气、甲烷、乙烷和丙烷中的一种或多种混合。

6.根据权利要求1所述的重油加工方法，其特征在于，所述重油原料为常压渣油、减压渣油、催化油浆、重质原油、重质稠油、脱油沥青和炼厂圬油中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的重油加工方法，其特征在于，还包括：将所述步骤C中分馏出的气体返回所述低温冷等离子体反应器继续反应。

8.根据权利要求1所述的重油加工方法，其特征在于，在所述步骤A之前还包括：将所述富氢气体预热至50℃～300℃；

将所述重油原料预热至100℃～400℃。

9.根据权利要求8所述的重油加工方法，其特征在于，将所述富氢气体预热至120℃～

260℃。

10.根据权利要求8所述的重油加工方法，其特征在于，将所述重油原料预热至180℃～

350℃。

11.一种用于权利要求1-10任一项所述的重油加工方法的系统，其特征在于，包括通过管线依次连接的低温冷等离子体反应器、延迟焦化单元和分馏塔；

所述低温冷等离子体反应器用于：使富氢气体与重油原料在低温冷等离子体反应器中发生反应，生成第一产物；所述富氢气体与所述重油原料的重量比为0.001～0.2:1；

所述延迟焦化单元用于：使所述第一产物分馏后得到的重组分进行延迟焦化，生成第二产物；

所述分馏塔用于：对所述第二产物中的气液相组分进行分馏，获得不同馏分的产品；

所述低温冷等离子体反应器与所述延迟焦化单元之间还连接有另一分馏塔。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述分馏塔和所述另一分馏塔均设有气体排出口，两者的气体排出口均通过管线与所述低温冷等离子体反应器连接。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述低温冷等离子体反应器为介质阻挡放电反应器。

说明书

一种重油加工方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种重油加工方法及系统。

背景技术

[0002] 随着世界石油资源的日益减少，原油呈现出重质化、劣质化趋势，加工过程产生的重油(常压渣油和减压渣油)比例越来越高。如何提高现有资源尤其是重油的综合利用效率已经成为炼油工业急需解决的一个重大问题。

[0003] 传统重油加工技术主要有加氢和脱碳两类工艺。

[0004] 重油加氢工艺主要包括固定床加氢、沸腾床加氢和悬浮床加氢三种技术。其中固定床加氢技术工艺流程与设备结构较为简单成熟，装置操作简便，产品收率高，技术缺陷主要是催化剂易结焦、中毒，运行周期短(一般为12个月)，对劣质原料的适应性差；沸腾床加氢技术可以实现催化剂的在线补充与外排，能够保持反应器中催化剂的较高活性，与固定床加氢技术相比能够加工高硫、高残炭、高金属的劣质重油，具有较高的转化率，但是该技术存在装置投资大，设备结构复杂，催化剂损耗大，运行成本高等不足；悬浮床加氢技术是近年来重油加工领域的研究热点，其适合于加工高金属、高残炭、高硫、高酸值、高粘度的劣质重油，具有转化率高、轻油收率高、反应器结构相对简单、装置运行费用较低等优势，但该技术产品中硫含量较高，需要进行后期处理，另外尾油中金属与残炭较高且含有催化剂粉末，尾油能否合理利用成为限制该工艺应用的一个重要技术难点。

[0005] 重油脱碳工艺主要有延迟焦化、减粘裂化、溶剂脱沥青以及重油催化裂化等。目前，炼油工业应用最多的重油脱碳工艺仍然是延迟焦化工艺技术。延迟焦化技术具有工艺简单、技术成熟、设备投资与操作费用低、原料适应性强等优点，在重油加工工艺中占有至关重要的地位，然而延迟焦化也存在焦炭产率高等问题。

[0006] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0007] 本发明的第一目的在于提供一种重油加工方法，该重油加工方法相比传统延迟焦化方法，焦炭生成率低，液体收率显著提高。

[0008] 本发明的第二目的在于一种重油加工系统，该系统对现有重油加工系统的改动小，降低了更新难度。

[0009] 为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

[0010] 一种重油加工方法，包括以下步骤：

[0011] 步骤A：使富氢气体与重油原料在低温冷等离子体反应器中发生反应，生成第一产物；所述富氢气体与所述重油原料的重量比为0.001～0.2:1，优选0.005～0.15:1；

[0012] 步骤B：使所述第一产物进行延迟焦化，生成第二产物；

[0013] 步骤C：对所述第二产物中的气液相组分进行分馏，获得不同馏分的产品。

[0014] 等离子体是除气、液、固三态物质之外的第四态物质。等离子体由几种典型粒子组成，即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子等。由于其中的负电荷总数等于正电荷总数，宏观呈电中性，因此被称作等离子体。等离子体中含有大量离子、高能电子、激发态的原子或分子等，可以提供大量易于发生化学反应的活性基团。按照温度不同，等离子体可分为两类：高温等离子体(如太阳、核聚变等离子体等)以及低温等离子体。而低温等离子体又可以分为热等离子体(如电弧放电和燃烧产生的等离子体)和冷等离子体(如辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电等产生的等离子体)。等离子体作为一种新型分子活化方式，被认为是新型清洁能源技术。随着等离子体技术的发展，其在化工领域的应用也越来越多。

[0015] 本发明正是基于等离子体的独特活性，用其强化传统延迟焦化反应过程，来活化原料油，进而提高液体油收率。

[0016] 本发明中，先在步骤A中，富氢气体生成等离子体，转化为激发态粒子或自由基，同时，部分原料重油分子进行裂化反应，裂解为两个以上的短链自由基，利用富氢气体的等离子态保护这些短链自由基，避免短链自由基再次耦合，同时激发态富氢气体粒子还可与部分活性态的重油分子发生加氢反应。由此可见，本发明的低温冷等离子体反应一方面活化了重油原料，进而提高后续延迟焦化的反应速率和降低反应能耗；另一方面发生了部分加氢反应，进而减少了后续延迟焦化的反应量，还提高了液体收率。

[0017] 之后，本发明在步骤B中发生延迟焦化反应，即将活化的原料重油经过加热炉加热迅速升温至焦化反应温度，进入焦炭塔进行焦化反应。

[0018] 最后的分馏根据产品需要确定馏分区间，常见的有价值的产品有汽油、柴油、蜡油、重蜡油、气体等。

[0019] 本发明中，所述富氢气体与所述重油原料的重量比为0.001～0.2:1，例如0.001:1、0.003:1、0.005:1、0.007:1、0.01:1、0.05:1、0.1:1、0.15:1、0.17:1、0.2:1等，优选0.005～0.15:1。

[0020] 本发明的以上加工方法相比传统的延迟焦化方法，液体收率至少提高4个百分点，相应地，焦炭率至少降低5个百分点。

[0021] 本发明的以上加工方法还可以从以下方面改进：

[0022] 优选地，所述低温冷等离子体反应器中的反应温度为100℃～400℃，优选180℃～350℃；

[0023] 低温冷等离子体反应器中的反应温度关系原料重油的活化程度和加氢程度，并非反应温度越高，液体收率越高。反应温度过高可能会发生碳链加长，不利于重油改质。经筛选，优化的反应温度为100℃～400℃，例如100℃、120℃、140℃、150℃、200℃、250℃、300℃、330℃、350℃、370℃、400℃等，优选180℃～350℃。

[0024] 优选地，所述延迟焦化的反应温度为400℃～550℃，优选475℃～525℃。

[0025] 延迟焦化的反应温度既与原料重油的品质有关，也与前一步的等离子体反应有关，经筛选，为获得较高的液体收率，优选的反应温度为475℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃或525℃等(请根据权力要求范围修改)。

[0026] 优选地，在所述低温冷等离子体反应器中发生反应之后和所述延迟焦化反应之前还进行：

[0027] 对所述第一产物进行分馏，分为轻组分和重组分；使所述重组分进行所述延迟焦化。

[0028] 此时将等离子体反应后生产的轻质油提前分离出来，而只将重组分进行延迟焦化，可以提高生产效率。

[0029] 优选地，使所述轻组分的气体返回所述低温冷等离子体反应器继续反应。

[0030] 轻质组分中含有大量富氢气体，将这些富氢气体返回低温冷等离子体反应器，既可以回收利用，提高资源利用率，又可以使其充当传统延迟焦化工艺中水蒸气的作用，提高流体线速，减缓积碳现象。

[0031] 本发明对轻质组分中气体的返回量不作限制，例如按照初始反应时原料油与富氢气体的比例，此部分可返回的气体与原料重油的比例也位于该范围内，且由于损失导致比例可能更小。

[0032] 优选地，所述富氢气体为氢气、甲烷、乙烷和丙烷中的一种或多种混合。

[0033] 这些富氢气体不会引入外来杂质，降低产品品质。本发明仅对富氢气体作上述列举，实际应用并不限于此。

[0034] 优选地，所述重油原料为常压渣油、减压渣油、催化油浆、重质原油、重质稠油、脱油沥青和炼厂圬油中的一种或几种。

[0035] 这些重油原料为常规劣质原料，本发明仅作上述列举，实际应用并不限于此。

[0036] 优选地，还包括：将所述步骤C中分馏出的气体返回所述低温冷等离子体反应器继续反应。

[0037] 同样，将这部分气体回用，既可以回收利用，提高资源利用率，又可以使其充当传统延迟焦化工艺中水蒸气的作用，提高流体线速，减缓积碳现象。

[0038] 本发明对最终馏分中的气体返回量不作限制，例如按照初始反应时原料油与富氢气体的比例，此部分可返回的气体与原料重油的比例也位于该范围内，且由于损失导致比例可能更小。

[0039] 优选地，在所述步骤A之前还包括：

[0040] 将所述富氢气体预热至50℃～300℃，优选120℃～260℃；

[0041] 将所述重油原料预热至100℃～400℃，优选180℃～350℃。

[0042] 通过预热提高富氢气体与重油原料的接触效率，提高活化速率和效果。

[0043] 与本发明的上述加工方法相对应的系统，结构如下：

[0044] 包括通过管线依次连接的低温冷等离子体反应器、延迟焦化单元和分馏塔；

[0045] 所述低温冷等离子体反应器用于：使富氢气体与重油原料在低温冷等离子体反应器中发生反应，生成第一产物；所述富氢气体与所述重油原料的重量比为0.001～0.2:1，优选0.005～0.15:1；

[0046] 所述延迟焦化单元用于：使所述第一产物进行延迟焦化，生成第二产物；

[0047] 所述分馏塔用于：对所述第二产物中的气液相组分进行分馏，获得不同馏分的产品。

[0048] 该系统提高液体收率的原料同上文所述。

[0049] 本发明的延迟焦化单元包括加热炉单元和焦炭塔单元。

[0050] 优选地，所述低温冷等离子体反应器与所述延迟焦化单元之间还连接有另一分馏塔。

[0051] 设置两个分馏塔进行先后两次分馏，提高反应效率。

[0052] 优选地，所述分馏塔和所述另一分馏塔均设有气体排出口，两者的气体排出口均通过管线与所述低温冷等离子体反应器连接。

[0053] 这样的结构方便馏分中的气体回流至低温冷等离子体反应器中，参与等离子体反应。

[0054] 优选地，所述低温冷等离子体反应器为介质阻挡放电反应器，例如平行板式或同轴式介质阻挡放电反应器。但本发明的反应器类型并不仅限于此。

[0055] 综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

[0056] (1)本发明的焦炭率低；

[0057] (2)本发明的液体收率高；

[0058] (3)本发明无需注入水蒸气，工艺废水排放量显著降低，更加环保；

[0059] (4)本发明循环利用气体，降低了原料消耗，节省了能源；

[0060] 因此，本发明的工艺可替代传统的延迟焦化工艺，并产生巨大的经济价值和社会效益。

附图说明

[0061] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0062] 图1为本发明实施例1提供的重油加工的路线图。

具体实施方式

[0063] 下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0064] 实施例1

[0065] 一种重油加工系统及方法

[0066] 该实施例的系统包括：通过管线依次连接的低温冷等离子体反应器、第一分馏塔、延迟焦化单元和第二分馏塔。

[0067] 第一分馏塔和第二分馏塔均设有气体排出口，两者的气体排出口均通过管线与低温冷等离子体反应器连接。

[0068] 低温冷等离子体反应器为介质阻挡放电反应器。

[0069] 利用该系统加工重油的路线如图1所示：

[0070] 气体原料(氢气)预热到150℃由管线进入低温冷等离子体反应器上部，原料油预热到280℃由管线进入低温冷等离子体反应器上部侧面；气体原料和原料油在低温冷等离子体反应器中进行反应，低温冷等离子体反应器为平行板式介质阻挡放电反应器，低温冷等离子体反应器的温度控制在280℃，所述气体原料和原料油的质量比值为0.08，反应后的物料经管线进入分馏系统进行分离；分离后的重馏分经管线进入延迟焦化单元，分离后的轻组分由管线进入分馏塔，或部分轻组分中的气体经管线与重组分混合后进入延迟焦化单元，经管线进入延迟焦化单元的轻组分中的气体与原料油的质量比值约为0.05；延迟焦化单元的反应温度为500℃，生成油气经管线进入分馏塔；延迟焦化反应生成油气在分馏塔进行产品分离，得到气体、汽油、柴油、蜡油和重蜡油等产品；分馏塔分离的部分气体产品由管线返回低温冷等离子体反应器进行反应，由此管线返回的气体产品(循环气体产品)与原料油的质量比值约为0.04。

[0071] 本实施例中所用原料油性质如表1所示，本实施例与传统延迟焦化工艺操作条件与产品分布的对比如表2所示。由表2可知，与传统延迟焦化工艺相比，本发明的工艺方法增加液体产品收率为4.39百分点，焦化注水(水蒸气)量为0。

[0072] 表1原料性质分析

[0073]

[0074] 表2操作条件和产品分布

[0075]

[0076] 实施例2

[0077] 采用与实施例1相同的加工系统、原料重油，但加工条件有区别：

[0078] 本实施例低温冷等离子体反应器中的反应温度为100℃，延迟焦化的反应温度为475℃，其它反应条件同实施例1。

[0079] 该实施例最终得到液体产品收率为62.51％(质量百分比)。

[0080] 实施例3

[0081] 采用与实施例1相同的加工系统、原料重油，但加工条件有区别：

[0082] 本实施例低温冷等离子体反应器中的反应温度为400℃，延迟焦化的反应温度为515℃，其它反应条件同实施例1。

[0083] 该实施例最终得到液体产品收率为67.11％(质量百分比)。

[0084] 实施例4

[0085] 采用与实施例1相同的加工系统、原料重油，但加工条件有区别：

[0086] 本实施例低温冷等离子体反应器中的反应温度为180℃，延迟焦化的反应温度为500℃，其它反应条件同实施例1。

[0087] 该实施例最终得到液体产品收率为65.23％(质量百分比)。

[0088] 实施例5

[0089] 采用与实施例1相同的加工系统、原料重油，但加工条件有区别：

[0090] 本实施例初始氢气与原料重油的重量比为0.001:1，其它反应条件同实施例1。

[0091] 该实施例最终得到液体产品收率为63.55％(质量百分比)。

[0092] 实施例6

[0093] 采用与实施例1相同的加工系统、原料重油，但加工条件有区别：

[0094] 本实施例初始氢气与原料重油的重量比为0.2:1，其它反应条件同实施例1。

[0095] 该实施例最终得到液体产品收率为66.46％(质量百分比)。

[0096] 实施例7

[0097] 采用与实施例1相同的加工系统、原料重油，但加工条件有区别：

[0098] 本实施例初始氢气与原料重油的重量比为0.005:1，其它反应条件同实施例1。

[0099] 该实施例最终得到液体产品收率为65.93％(质量百分比)。

[0100] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。