一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法及装置

摘要

本发明提供一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法及装置。该方法利用耦合反应器和烧焦再生器，耦合反应器包括上部的裂解段和下部的气化段，且裂解段和气化段之间相互贯通；该方法包括：将重油原料通入裂解段内，与接触剂接触而发生裂解，得到轻质油气和积炭接触剂；积炭接触剂输运至烧焦再生器内进行部分烧焦处理，然后输运至气化段内，与气化剂发生气化反应而被再生，得到再生接触剂和合成气；再生接触剂返回到裂解段内循环利用，合成气上行进入裂解段内；轻质油气和上行并入的合成气经气固分离，得到净化油气。本发明提供的方法，实现了重油裂解、焦炭烧焦、焦炭气化这三个反应过程中的物料互供和热量互补，降低了能耗并节约了设备占地面积。

权利要求

1.一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法，其特征在于，该方法利用耦合反应器和烧焦再生器进行，所述耦合反应器具有内部相互导通的裂解段和气化段；所述裂解段内的下部设有水蒸气汽提段，所述裂解段内的上部设有降温洗涤段；该方法包括：将重油原料通入所述耦合反应器上部的所述裂解段内，与接触剂接触而发生裂解，得到轻质油气和积炭接触剂；

将所述积炭接触剂在裂解段内下行，经水蒸气汽提段进行水蒸气汽提后，输运至烧焦再生器内进行部分烧焦处理，然后输运至所述耦合反应器下部的所述气化段内，与气化剂发生气化反应而被再生，得到再生接触剂和合成气；所述再生接触剂返回到裂解段内循环利用，所述合成气上行进入裂解段内；

所述轻质油气和上行并入的合成气上行，经降温洗涤段进行降温处理，再排出裂解段，再经气固分离，得到净化油气。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触剂的粒径分布在10～500μm；和/或，所述接触剂的微反活性指数为5～30。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述积炭接触剂中的焦炭质量含量在10%以上。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述裂解段内的反应温度为450～700℃，反应压力为0.1～3.0 Mpa，反应时间为1～20秒，表观气速为1～20m/s，接触剂与重油原料的重量比为0.1～1.0：1。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述气化段内的反应温度为800～1200℃，反应压力为0.1～6.0 Mpa，表观气速为0.1～5m/s，所述积炭接触剂的停留时间为1～

20min；所述气化剂为水蒸气和/或含氧气体。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述积炭接触剂输运烧焦再生器内进行部分烧焦处理，以使得到的半再生接触剂的温度达到气化反应所需温度，然后再将所述半再生接触剂输运至气化段内进行气化反应。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述积炭接触剂输运烧焦再生器内进行部分烧焦处理，以使得到的半再生接触剂的温度达到气化反应所需温度，然后再将所述半再生接触剂输运至气化段内进行气化反应。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述水蒸气汽提时，控制水蒸气与重油原料的质量比为0.03～0.3：1，水蒸气的温度为200～400℃，水蒸气的表观气速为0.5～5.0 m/s。

9.一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的装置，用于实施权利要求1‑8任一项所述的方法，其特征在于，所述装置至少包括耦合反应器、烧焦再生器和气固分离器，其中：耦合反应器具有上部的裂解段和下部的气化段，且所述裂解段和所述气化段之间相互贯通，所述裂解段具有重油原料入口、积炭接触剂排出口、油气出口、再生接触剂返回口和底部的合成气入口；所述气化段具有气化剂入口、半再生接触剂入口、再生接触剂排出口和顶部的合成气排出口；

所述烧焦再生器具有积炭接触剂入口、含氧气体入口、半再生接触剂排出口和烟气排出口；

所述气固分离器具有入口、固体排出口和气体排出口；

所述裂解段的积炭接触剂排出口与所述烧焦再生器的积炭接触剂入口连接，所述裂解段的油气出口与所述气固分离器的入口连接，所述烧焦再生器的半再生接触剂排出口与所述气化段的半再生接触剂入口连接，所述气化段的再生接触剂排出口与所述裂解段的再生接触剂返回口连接；所述气化段的合成气排出口与所述裂解段的合成气入口连接；所述裂解段内的下部设有水蒸气汽提段，所述裂解段内的上部设有降温洗涤段。

说明书

一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及重油轻质化加工技术，尤其涉及一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法及装置。

背景技术

[0002] 重油是原油经分馏提取汽油、煤油、柴油后剩下的残余物；此外，地层中也有丰富的重油资源。重油具有组分重、氢碳比低等特点，通常还具有较高含量的硫、氮、重金属以及
高残炭值。随着原油开采不断进行，原油的重质化和劣质化问题越来越严重，加之环保法规
日益严格，如何对重油进行轻质化加工，将重油转化为汽油、柴油、液化气等合格清洁油品，
是目前石油加工企业所面临的主要挑战。

[0003] 现阶段，重油的加工路线大致可分为加氢和脱碳两种。其中，加氢处理是通过重油与氢气反应而提高氢碳比。由于重油残炭值、重金属与杂原子含量都较高，直接采用加氢裂
化方式，往往需要大量氢气，且通常需要在高压以及高效催化剂的条件下进行，工艺实现难
度相对较高。并且由于重油具有较低的氢碳比，重油轻质化过程中氢气缺乏的问题往往更
加突出。

[0004] 脱碳加工总体上是对原料中碳氢资源在产物中的重新分配。目前国内外较为常用的脱碳技术主要有催化裂化和延迟焦化工艺。其中采用催化裂化手段，通常会造成催化剂
快速积炭或者中毒失活，并且重油催化裂化过程中生焦量较大，若采用传统的烧焦方式进
行催化剂再生，往往需要大量外置取热，同时在一定程度上也是对碳资源的极大浪费。延迟
焦化工艺过程中由于不涉及催化剂，因此具有更强的原料适应性。但是延迟焦化工艺副产
大量的固体焦，而最新出台的环保要求对硫含量>3％的高硫焦采取限制出厂措施，因此限
制了延迟焦化工艺的应用。

[0005] 鉴于上述加氢和脱碳的优缺点，将重油首先裂解为轻质油品，然后对轻质油品进行加氢处理以获得合格产品，成为众多石油加工企业的选择。

[0006] CN1504404A公开了一种炼油与气化相结合的工艺方法。石油烃首先与焦炭转移剂在反应器内接触反应，油气进入后续产品分离系统，积炭的焦炭转移剂送至气化炉，与水蒸
气和含氧气体等反应生成合成气，并实现积炭的焦炭转移剂的再生。再生后的焦炭转移剂
返回裂解段内循环使用。本发明实现了炼油与气化两个工艺过程的结合，工艺流程接近催
化裂化过程，采用焦炭气化过程代替传统的烧焦再生过程。

[0007] CN102234534A公开了一种加工劣质重油的方法，该方法选用低活性接触剂首先进行重油裂解反应，反应后的积炭接触剂输送到气化段不同反应区进行燃烧或气化再生，分
别获得不同焦炭含量的半再生剂与二次再生剂，反应器内的多段再生反应一定程度上增加
了工艺的操作难度。

[0008] CN102115675A公开了一种重油轻质化加工方法及装置。原料油首先在热裂化反应器内与固体热载体进行反应获得轻质油气产物。重质焦炭附着在固体热载体表面经返料阀
进入燃烧(气化)反应器去除表面焦炭，再生后高温固体热载体经过分配阀部分返回热裂化
反应器用作反应床料。

[0009] CN102965138A公开了一种重油双反应管半焦循环床热解气化耦合工艺，提出采用下行反应管用于重油裂解得到轻质油气产物。结焦后半焦进入提升管气化反应器与氧化剂
和水蒸气发生气化反应生成合成气，反应后的高温半焦流入返料器继续进行循环，提供重
油反应所需热量。

[0010] 以上方法中重油裂解反应采用了流化床、提升管与下行床等不同类型的反应器，但是生成的重质焦炭需要输送到另外的反应器中进行气化、燃烧等再生反应，使物料需在
多个反应器之间的循环返料操作，不仅使实际生产中设备的占地面积较大，而且能耗较高。

发明内容

[0011] 针对上述缺陷，本发明提供一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法，能够实现重油裂解、焦炭烧焦、焦炭气化三个反应过程的物料互供、热量互补，降低重油加工过程
中的能耗并节约了设备占地面积。

[0012] 本发明还提供一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的装置，采用该装置加工重油，能够实现上述一体化的方法，节约能耗并节约设备占地面积。

[0013] 为实现上述目的，本发明提供一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法，该方法利用耦合反应器和烧焦再生器进行，耦合反应器具有内部相互导通的裂解段和气化段；
该方法包括：

[0014] 将重油原料通入耦合反应器上部的裂解段内，与接触剂接触而发生裂解，得到轻质油气和积炭接触剂；

[0015] 将积炭接触剂输运至烧焦再生器内进行部分烧焦处理，然后输运至耦合反应器下部的气化段内，与气化剂发生气化反应而被再生，得到再生接触剂和合成气；再生接触剂返
回到裂解段内循环利用，合成气上行进入裂解段内；

[0016] 轻质油气和上行并入的合成气经气固分离，得到净化油气。

[0017] 本发明提供的重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法，重油原料首先进入耦合反应器上部的裂解段内，与接触剂接触而发生裂解，得到轻质油气和焦炭。该焦炭附着在接触
剂表面，即为积炭接触剂。

[0018] 积炭接触剂首先进入烧焦再生器内进行部分烧焦处理，将部分焦炭转化为CO和CO2，形成的烟气可以自烧焦再生器的烟气排出口排出，相应得到的半再生积炭接触剂的温
度升高，为后续气化反应提供热量；半再生积炭接触剂随后进入气化段内进行气化反应，实
现焦炭的充分再生，得到高温的再生接触剂以及高温的合成气。

[0019] 高温的再生接触剂返回到裂解段内，为裂解段提供重油裂解所需部分热量和催化活性；高温的合成气返回到裂解段内，不仅为裂解反应提供所需的热量、保证接触剂(再生
接触剂)充分流化，而且其中富含的氢气与一氧化碳等活性小分子能够在一定程度上提高
轻质油气收率与品质，抑制重油裂解过程中的结焦，改善重油裂解的产物分布并提高轻质
油气产率。

[0020] 轻质油气和从裂解段底部进入的合成气(统称为高温油气)再经气固分离，得到净化油气。该净化油气可进一步通过气液分馏塔与油气吸收稳定塔等系统，分别获得合成气、
干气、液化气等气体产物以及轻质油品产物。当然，所得轻质油品产物可以进一步切割分离
得到不同馏程组分的液体产物，其中重油可以与重油原料混合进行回炼加工；合成气可作
为炼厂氢气来源。

[0021] 由此可见，本实施例通过将裂解段和气化段集成在同一个耦合反应器中，再配合以烧焦再生器，实现了重油裂解、焦炭燃烧、焦炭气化三个反应过程的物料互供和原料互
补。相较于现阶段重油催化裂化和焦炭气化工艺过程中，物料在多个反应器之间输运和循
环的工艺方法，本发明提供的方法不仅能够显著降低重油加工过程中的能耗、提高轻质油
气产率，而且还解决了现阶段物料循环操作难度高、重油加工装置占地面积大、设备投资高
等问题。

[0022] 本发明对于上述重油原料不做特别限定，比如可以是稠油、超稠油、油砂沥青、常压重油、减压渣油、催化裂化油浆、溶剂脱油沥青等中的一种或几种混合物，也可以是煤热
解或液化过程产生的重质焦油与渣油，油页岩干馏过程产生的重油，生物质中低温热解液
体产物等衍生重油的一种或几种的混合物。

[0023] 发明人研究发现，本发明提供的重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法，对于康氏残炭值在10wt％以上的重油原料具有很好的处理效果，甚至对于康氏残炭值在15wt％以
上的重油原料，仍旧具有非常好的处理效果，能够获得大量的轻质油气。

[0024] 本发明中所用的接触剂，可以是目前常用的脱碳改质接触剂，比如可以是石英砂、高岭土、白土、氧化铝、硅溶胶、蒙脱石、伊利石等硅铝材料，也可以是催化裂化(FCC)工业平
衡剂或废催化剂、赤泥、钢渣、高炉灰与煤灰等固体颗粒中的一种或几种。

[0025] 发明人研究发现，最好选用具有相对较低裂化活性的接触剂，比如选择微反应活性指数在5～30的接触剂，以确保重油裂解过程中具有较高的裂解效率及轻质油收率。在本
发明具体实施过程中，所用接触剂的微反应活性指数为10～20，比如高岭土、白土、氧化铝、
硅溶胶，以及催化裂化过程中的工业平衡剂或废催化剂等。

[0026] 进一步的，该接触剂最好呈微球状，其粒径最好分布在10～500μm，以具有较好的流化性能；在本发明具体实施过程中，所用的接触剂的粒径分布在20～200μm。

[0027] 本发明中，在重油裂解过程中，积炭接触剂表面最好形成较高含量的焦炭，即较高焦炭含量的积炭接触剂进入气化段内进行气化反应，能够防止裂解反应和气化反应过程中
大量接触剂的升温降温，确保升温过程的所耗能量主要用于焦炭的气化反应，提高整个重
油加工过程中的总体能效。具体地，在裂解过程中，最好维持接触剂表面焦炭质量含量在
10％以上，比如可通过采用较小的接触剂与重油重量比(即剂油比)，以保证重油裂解过程
在接触剂表面形成较高含量的焦炭。

[0028] 在本发明具体实施过程中，通常控制裂解段内的反应温度为450～700℃，反应压力为0.1～3.0Mpa，反应时间为1～20秒，接触剂与重油原料的重量比(剂油比)为0.1～1.0：
1，表观气速为1～20m/s。优选的，裂解反应的温度为480～580℃，反应压力为0.1～1.0Mpa，
比如常压，反应时间为3～20秒，剂油比为0.2～0.6，表观气速为1～20m/s。

[0029] 现阶段中，重油催化裂化过程中的剂油比通常大于1.0，催化剂表面焦炭含量通常小于5％，因此在气化再生过程中需要消耗大量的热量来加热催化剂以及为裂解反应提供
热量，导致重油加工过程中的效率较低。与现有技术先比，采用本发明的方法，由于剂油比
较低，可控制在1.0以下，因此整个重油加工过程中的能耗主要集中在气化段，且在烧焦再
生器已经使积炭接触剂在燃烧过程中的温度得以上升，为气化段的气化反应和再生提供能
量，而接触剂再生过程中所产生的合成气以及再生接触剂又为裂解反应提供热量，因此整
个重油轻质化加工过程能耗利用率非常高、所需能耗非常低，显著降低了重油加工过程中
的生产成本。

[0030] 本发明对于通入气化段内的气化剂不做特别限定，比如可以是水蒸气，也可以是含氧气体，还可以是水蒸气与含氧气体的混合气。其中含氧气体比如可以是空气、氧气、富
氧空气等。

[0031] 在本发明具体实施过程中，气化段内的反应温度一般控制在800～1200℃，反应压力一般控制在0.1～6.0Mpa，表观气速一般控制在0.1～5m/s，积炭接触剂的停留时间可控
制在1～20min。在上述条件下进行气化反应，能够确保接触剂表面剩余的焦炭充分反应并
实现接触剂的再生，并得到高品质的合成气以及再生接触剂。

[0032] 如前述，气化段内产生的合成气上行，自底部进入裂解段并在裂解段内上行，不仅能够保证接触剂(或再生接触剂)充分流化，而且为裂解反应提供所需热量，此外高活性的
富氢合成气还为重油裂解提供氢气气氛，抑制重油裂解过程中的结焦并提高轻质油气的收
率。在实际生产中，根据裂解段所需合成气的量和能量利用情况，一般是将部分合成气通入
裂解段，另一部分合成气可用于丰富炼厂氢气来源，从而实现重油的轻质加工联产高品质
合成气。

[0033] 如前述，积炭接触剂在烧焦再生器燃烧时温度升高，以为后续气化反应提供能量。在本发明优选的实施方案中，积炭接触剂在烧焦再生器内进行部分烧焦处理，以使得到的
半再生接触剂的温度达到气化反应所需温度，比如800～1200℃，然后半再生接触剂进入气
化段内进行气化反应。

[0034] 具体地，可自烧焦再生器的底部的含氧气体入口通入氧气、空气等含氧气体，使含氧气体中的氧气与积炭接触剂表面的积碳发生反应而放热，从而使得到的半再生接触剂的
温度升高至气化反应所需温度，同时得到以一氧化碳和二氧化碳为主的烟气，可自烧焦再
生器顶部排出。

[0035] 具体地，烧焦再生器内的反应条件可以为：烧焦反应温度为600～800℃，烧焦压力0.1～6.0Mpa，烧焦时间20～200s，气速0.1～5.0m/s。

[0036] 本发明中，积炭接触剂在进入烧焦再生器之前，最好首先进行水蒸气汽提处理，以充分去除积炭接触剂中残留的少量轻质油气，从而有利于燃烧以及气化反应的顺利进行。
具体地，裂解段内的积炭接触剂下行，至裂解段下部的水蒸气汽提段，通过水蒸气将积炭接
触剂表面附着的油气组分汽提出来，然后可在耦合反应器外输运进入烧焦再生器内。

[0037] 具体地，在进行水蒸气汽提时，通常可控制水蒸气与重油原料的质量比为0.03～0.30：1，水蒸气的温度为200～400℃，水蒸气的表观气速为0.5～5.0m/s。

[0038] 进一步的，在对轻质油气及合成气实施气固分离之前，还可首先对其进行降温处理，以降低高温油气温度，抑制过度裂化与结焦等反应。在本发明具体实施过程中，是在裂
解段上部设置降温洗涤段，使高温油气(轻质油气和合成气)在降温洗涤段与重油等其它低
温液体油品进行换热洗涤，以降低高温油气的温度，并去除高温油气中夹带的少量接触剂
细粉。

[0039] 高温油气经降温洗涤后仍旧不可避免的含有一些积炭接触剂，在本发明具体实施过程中，是将轻质油气和自裂解段底部并入的合成气被引出耦合反应器后实施气固分离，
得到净化油气，而分离出的积炭接触剂可返回到裂解段内，作为重油裂解的床料循环利用。

[0040] 本发明对于如何实现上述气固分离不做特别限定，可以采用重油加工领域所常用的气固分离手段，比如可采用旋风分离器。

[0041] 本发明还提供一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的装置，用于前述的方法，该装置至少包括耦合反应器、烧焦再生器和气固分离器，其中：

[0042] 耦合反应器包括上部的裂解段和下部的气化段，且裂解段和气化段之间相互贯通；裂解段具有重油原料入口、积炭接触剂排出口、油气出口、再生接触剂返回口和底部的
合成气入口；气化段具有气化剂入口、半再生接触剂入口、再生接触剂排出口和顶部的合成
气排出口；

[0043] 烧焦再生器具有积炭接触剂入口、含氧气体入口、半再生接触剂排出口和烟气排出口；

[0044] 气固分离器具有入口、固体排出口和气体排出口；

[0045] 裂解段的积炭接触剂排出口与烧焦再生器的积炭接触剂入口连接，裂解段的油气出口与气固分离器的入口连接，烧焦再生器的半再生接触剂排出口与气化段的半再生接触
剂入口连接，气化段的再生接触剂排出口与裂解段的再生接触剂返回口连接；气化段的合
成气排出口与裂解段的合成气入口连接。

[0046] 进一步的，裂解段还具有积炭接触剂返回口，气固分离器的固体排出口与裂解段的积炭接触剂返回口连接。这样气固分离器分离得到的积炭接触剂能够返回到裂解段循环
利用。

[0047] 进一步的，裂解段内的下部设有水蒸气汽提段；和/或，裂解段内的上部设有降温洗涤段。其中，裂解段中的积炭接触剂下行，至水蒸气汽提段，通过水蒸气将积炭接触剂表
面附着的油气组分汽提出来。裂解段中的轻质油气以及自裂解段底部进入的合成气上行，
至降温洗涤段，使高温油气与其它低温液体油品进行换热洗涤，以降低高温油气的温度，并
去除高温油气中夹带的少量接触剂细粉。

[0048] 本发明提供的重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法，通过采用集成了裂解段和气化段的耦合反应器以及烧焦再生器，实现了重油裂解、焦炭烧焦、焦炭气化这三个反应过
程中的物料互供和热量互补。尤其是，通过选取适宜的接触剂以及调整裂解反应过程中的
剂油比等反应条件，还能实现重油裂解过程油品收率最大化以及气化过程的高效率，实现
重油资源的油气联产，取得了更大的经济效益。

[0049] 因此，相较于现阶段延迟焦化工艺过程中，物料在多个反应器之间输运和循环的工艺方法，本发明提供的法，不仅能够显著降低重油加工过程中的能耗、提高轻质油气产
率、降低物料循环操作难度，而且还减小了重油加工装置的占地面积，降低了设备投资成
本。

[0050] 本发明提供的重油接触裂解与焦炭气化一体化的装置，用于实现上述方法。采用该装置，实现了重油裂解、焦炭烧焦、焦炭气化三个反应过程中的物料互供和热量互补，降
低了重油加工过程中的能耗和物料循环操作难度，提高了轻质油气产率，其经济指标远高
于现有技术中的重油加工装置。此外该装置还具有较小的占地面积和较低的投资成本。

附图说明

[0051] 图1为本发明一具体实施例所提供的重油接触裂解与焦炭气化一体化的装置的示意图；

[0052] 图2为本发明另一具体实施例所提供的重油接触裂解与焦炭气化一体化的装置的示意图。

[0053] 附图标记说明：

[0054] 100‑耦合反应器；               110‑裂解段；

[0055] 120‑气化段；                   130‑降温洗涤段；

[0056] 140‑水蒸气汽提段；             150‑降料管；

[0057] 200‑烧焦再生器；               300‑气固分离器。

具体实施方式

[0058] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。

[0059] 实施例一

[0060] 本实施例提供一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的方法，该方法利用耦合反应器和烧焦再生器进行，耦合反应器具有内部相互导通的裂解段和气化段；该方法包括：

[0061] 将重油原料通入耦合反应器上部的裂解段内，与接触剂接触而发生裂解，得到轻质油气和积炭接触剂；

[0062] 积炭接触剂进入输运至烧焦再生器内进行部分烧焦处理，然后输运至耦合反应器下部的气化段内，与气化剂发生气化反应而被再生，得到再生接触剂和合成气；再生接触剂
返回到裂解段内循环利用，合成气上行进入裂解段内；

[0063] 轻质油气和上行并入的合成气经气固分离，得到净化油气。

[0064] 具体地，上述重油原料可以是通过原油开采所获得的重油，也可以是炼油厂加工过程中所得到的重油产物，包括稠油、超稠油、油砂沥青、常压重油、减压渣油、催化裂化油
浆、溶剂脱油沥青等重油中的一种或几种混合物，或者也可以包括煤热解或液化过程的重
质焦油与渣油，油页岩干馏产生的重油，生物质中低温热解液体产物等衍生重油的一种或
几种的混合物。

[0065] 在本发明一些示例中，该重油原料的康氏残炭值大于等于8wt％，最好不低于10wt％，尤其不低于15wt％。

[0066] 具体地，上述接触剂可以是目前重油脱碳改质过程中所常用的接触剂，比如选自石英砂、高岭土、白土、氧化铝、硅溶胶、蒙脱石、伊利石等硅铝材料，也可以选自FCC工业平
衡剂/废剂，赤泥、钢渣、高炉灰与煤灰等固体颗粒中的一种或几种。

[0067] 优选的，最好选用具有相对较低裂化活性的接触剂，比如选择微反应活性指数在5～30的接触剂。在本发明一些示例中，所用接触剂的微反应活性指数为10～20，比如高岭
土、白土、氧化铝、硅溶胶，以及催化裂化过程中的工业平衡剂或废催化剂等。

[0068] 进一步的，该接触剂最好呈微球状，其粒径最好分布在10～500μm，进一步为20～200μm。在本实施例具体实施时，所用接触剂粒径分布范围主要在20～100μm，堆积密度为
‑3
0.78～1.03g·cm ，微反活性指数约为10～20。

[0069] 可以理解，在裂解段进行裂解反应时，重油原料最好处于雾化状态，而接触剂最好处于流化状态，以确保二者充分接触以及裂解反应的充分进行。

[0070] 在裂解反应过程中，最好维持接触剂表面焦炭质量含量在10％以上。在本发明一些具体示例中，裂解段内反应条件为：反应温度450～700℃，反应压力0.1～3.0Mpa，反应时
间1～20秒，接触剂与重油的重量比(即剂油比)为0.1～1.0，表观气速为1～20m/s。优选地，
裂解反应的温度为480～580℃，反应压力为0.1～1.0Mpa，比如常压，反应时间为3～20秒，
剂油比为0.2～0.6，表观气速为1～20m/s。

[0071] 进一步的，裂解段所得到的轻质油气以及自裂解段底部并入的合成气，在实施气固分离之前，最好首先进行降温处理，以降低高温油气的温度，抑制过度裂化与结焦等反
应。降温处理后的轻质油气以及合成气中不可避免地携带有少量积炭接触剂颗粒，这部分
积炭接触剂可在后续气固分离过程中得以去除和收集，然后返回到裂解段内作为反应床
料。

[0072] 进一步的，裂解段内的积炭接触剂在进入烧焦再生器之前，最好首先经过水蒸气汽提，以去除积炭接触剂表面及孔隙中残留的少量轻质油气，从而有利于后续再生。具体
地，在进行水蒸气汽提时，一般控制水蒸气与重油原料的质量比为0.03～0.3：1，水蒸气的
温度为200～400℃，水蒸气的表观气速为0.5～5.0m/s。

[0073] 具体地，来自于裂解段的积炭接触剂在烧焦再生器中燃烧，实现了积炭接触剂的部分再生，或者称为半再生。一般情况下，可自烧焦再生器底部通入含氧气体，比如空气、富
氧空气等，并将积炭接触剂输运至烧焦再生器内，使接触剂表面的部分焦炭与氧气反应生
成一氧化碳和二氧化碳，得到具有较高温度的半再生接触剂以及烟气。优选的，半再生接触
剂的温度达到气化反应所需温度，比如800～1200℃，然后进入气化段；得到的烟气则从烧
焦再生器顶部排出。具体地，烧焦再生器内的反应条件可以为：反应温度为600～800℃，压
力为0.1～6.0Mpa，时间为20～200s，气速为0.1～5.0m/s。

[0074] 在气化段中，来自于烧焦再生器的半再生接触剂与气化剂发生气化反应，得到合成气的同时实现了接触剂的再生。具体地，可将半再生接触剂与自气化段底部通入的气化
剂进行气化反应，反应温度可以为800～1200℃，反应压力可以为0.1～6.0Mpa，表观气速为
0.1～5m/s，积炭接触剂的停留时间为1～20min，得到再生接触剂和合成气。

[0075] 其中，本实施例对于上述气化剂不做特别限定，比如可以是水蒸气，也可以是含氧气体，还可以是水蒸气与含氧气体的混合气。其中含氧气体比如可以是空气、富氧空气、氧
气等。

[0076] 实施例二

[0077] 如图1和图2所示，本实施例提供一种重油接触裂解与焦炭气化一体化的装置，用于实施前述实施例一中所述的方法，该装置至少包括耦合反应器100、烧焦再生器200和气
固分离器300，其中：

[0078] 耦合反应器100包括上部的裂解段110和下部的气化段120，且裂解段110和气化段120之间相互贯通；裂解段110具有重油原料入口、积炭接触剂排出口、油气出口、再生接触
剂返回口和底部的合成气入口；气化段120具有气化剂入口、半再生接触剂入口、再生接触
剂排出口和顶部的合成气排出口；

[0079] 烧焦再生器200具有积炭接触剂入口、含氧气体入口、半再生接触剂排出口和烟气排出口；

[0080] 气固分离器300具有入口、固体排出口和气体排出口；

[0081] 裂解段110的积炭接触剂排出口与烧焦再生器200的积炭接触剂入口连接，裂解段110的油气出口与气固分离器300的入口连接，烧焦再生器200的半再生接触剂排出口与气
化段120的半再生接触剂入口连接，气化段120的再生接触剂排出口与裂解段110的再生接
触剂返回口连接；气化段120的合成气排出口与裂解段110的合成气入口连接。

[0082] 具体地，上述耦合反应器100可以是由本领域常用的裂解反应器和气化反应器经适当改造和组装得到，其中裂解反应器比如可以是流化床反应器。如图1和图2所示，可以将
裂解段110的底部与气化段120的顶部相互贯通，比如同轴设置，这样气化段120产生的合成
气可在耦合反应器100内上行进入裂解段110，降低合成气的输运难度，也避免合成气的能
量损失。

[0083] 烧焦再生器200可以是目前重油加工领域所常用的烧焦再生设备，其底部具有含氧气体入口、顶部具有烟气排出口，上部或中部具有积炭接触剂入口、下部具有半再生接触
剂排出口。

[0084] 请进一步参考图2，烧焦再生器200与耦合反应器100可以同轴设置；比如烧焦再生器200安装在耦合反应器100顶部，这样能够进一步减小整个装置的占地面积。当然，烧焦再
生器200的具体安装位置可以根据实际生产车间的情况合理设计，本实施例不做特别限定。

[0085] 进一步的，前述装置还可以包括雾化器(未图示)。该雾化器比如可设置在耦合反应器100内，具体可设置在裂解段110内且与重油原料入口的位置相对应，使预热后的重油
原料经重油原料入口进入裂解段110内之后，首先在雾化器中实现雾化，然后再进行裂解反
应。或者，雾化器也可设置在耦合反应器100外并通过重油原料入口实现与裂解段110的连
接。这样重油原料预热后，首先在雾化器中实现雾化，然后进入裂解段110内。

[0086] 请进一步参考图1，前述耦合反应器100还可以包括降温洗涤段130。该降温洗涤段130具体可设置在裂解段内110上部。

[0087] 具体地，该降温洗涤段130可以采用目前常规的焦化分馏塔或催化分馏塔内洗涤段(或脱过热段)的结构，一般使用八层或十层人字挡板或舌型塔板，旨在使上行的高温油
气与下行的低温液体在降温洗涤段130发生逆流接触而换热，以抑制过度裂化与结焦，并去
除高温油气中夹带的少量积炭接触剂小颗粒。

[0088] 上述低温液体比如可以采用重油原料，由于换热后的重油原料的量不大，且在与高温油气换热过程中得以充分分散，因此一般作为低温液体的重油原料在换热升温后可直
接在裂解段110内进行裂解反应。

[0089] 请进一步参考图1，还可在裂解段110内的下部设有水蒸气汽提段140。具体地，该水蒸气汽提段140可以包括多层汽提结构，该多层汽提结构可以采用人字形挡板、环形挡
板、锥形挡板、格栅性挡板、散装填料或规整填料等汽提结构中的一种或多种的组合形成。
裂解段110所产生的积炭接触剂下行，在水蒸气汽提段140进行水蒸气汽提，以去除积炭接
触剂表面或孔隙中所残留的轻质油气产物，从而有利于再生。

[0090] 此外，通过设置水蒸气汽提段140，不仅能够避免大尺寸接触剂颗粒的结焦、堵塞问题，而且在一定程度上实现了裂解段110和气化段120的隔离，使裂解反应和气化反应能
够相对独立进行，增加了整个耦合反应器100的安全性和操作稳定性。

[0091] 相应的，前述装置还可以进一步包括水蒸气供给装置(未图示)，用于向裂解段110内提供适宜温度和流量的水蒸气，从而在裂解段110下部形成水蒸气汽提段140。

[0092] 如图1和图2所示，在裂解段110与烧焦再生器200之间可设有物料输运设备(未图示)，以使自裂解段110的积炭接触剂排出口所排出的积炭接触剂能够经由该物料输运设备
自积炭接触剂入口进入烧焦再生器200；同样，在烧焦再生器200与气化段120之间也可设有
物料输运设备，使自烧焦再生器200的半再生接触剂排出口所排出的半再生接触剂能够借
助该物料输运设备经半再生接触剂入口进入气化段120。上述物料输运设备最好设置在耦
合反应器100外，以方便对物料的流量等进行调整控制。

[0093] 请进一步参考图1，在裂解段110内还可以设有降料管150，该降料管150通常可安装在裂解段110的顶部，与再生接触剂返回口相对应，使来自于气化段120的再生接触剂通
过再生接触剂返回口进入到裂解段110内，再通过降料管150下行，回到裂解段110中部的反
应区。

[0094] 如前述，在气化段120内发生半再生积炭接触剂的气化反应，得到再生接触剂和合成气。由于劣质重油的重金属含量高，灰分大，在重油加工过程中，容易造成部分接触剂的
永久失活。此外，重油原料中较高的金属与灰含量也容易在接触剂上累积，形成难以转化的
灰渣组分，因此在气化段120下部设置灰渣排出口(未图示)。外排的灰渣中含有较高的重金
属含量，可以通过后续处理装置回收其中的Ni、V等重金属。

[0095] 进一步的，上述装置还可以进一步包括气化剂供给装置(未图示)。气化剂供给装置与气化段120连接，用于提供气化剂，使气化剂从底部的气化剂入口通入气化段120内。

[0096] 本实施例中，上述气固分离器300可以是石油加工领域所常用的气固分离设备。在本发明一些示例中，所用的气固分离器300为旋风分离器。在实际使用时，将携带有积炭接
触剂的轻质油气和合成气自上部入口通入旋风分离器中，利用气固混合物在作高速旋转时
所产生的离心力，使积炭接触剂从轻质油气和合成气的气流中分离出来，并可在旋风分离
器底部的固体排出口进行捕集，而净化油气则从旋风分离器顶部的气体排出口排出，再进
一步加工利用。

[0097] 如图1所示，气固分离器300可以设置在耦合反应器100内，具体可设置在裂解段110上部，尤其是降温洗涤段130上方，这样高温油气的净化分离发生在耦合反应器100内，
不容易产生大量热量散失，确保气固分离器300内的油气组分温度不下降，避免其发生冷
凝、结焦等影响操作的问题。当然，也可以将气固分离器300设置在耦合反应器100外，并通
过设置内部衬里和/或外部保温层等手段实现保温，避免高温油气温度明显降低。

[0098] 为说明本发明的实际效果，以下将结合具体的应用实施例，对本发明的实施方案做进一步说明：

[0099] 应用实施例1

[0100] 如图1所示，劣质重油原料经充分预热后通过重油原料入口雾化进入耦合反应器100的裂解段110中，雾化的重油液滴与流化的接触剂接触，发生裂解反应得到轻质油气与
焦炭。焦炭附着在接触剂表面，即为积炭接触剂。

[0101] 积炭接触剂在重力作用下降落，经过水蒸气汽提段140，去除积炭接触剂表面残余的轻质油气产物，其中水蒸气供给装置向裂解段110内通入必要的水蒸气，然后积炭接触剂
从裂解段110下部的积炭接触剂排出口排出，进入烧焦再生器200内。

[0102] 积炭接触剂在烧焦再生器200内进行部分烧焦处理，并升温至适宜至气化反应的温度后，得到的半再生接触剂自烧焦再生器200下部的半再生接触剂排出口排出，自半再生
接触剂入口进入气化段120内进行气化反应。

[0103] 在气化段120内，半再生接触剂与经气化剂供给装置自气化段120底部的气化剂入口通入的水蒸气、氧气/空气等气化剂进行高温气化反应，获得高品质的合成气，并实现了
接触剂的再生。

[0104] 再生接触剂在耦合反应器100外部上行输运至裂解段110内，提供重油裂解反应所需热量以及催化活性。合成气上行进入裂解段110，合成气中富含氢气与CO等活性小分子，
能够在一定程度上提高轻质油气收率与品质，同时降低焦炭收率，改善重油裂解的产物分
布。此外还能够提供重油裂解反应所需热量，保证接触剂充分流化。

[0105] 上行合成气的气量及其夹带再生接触剂的量可以通过气化剂类型、流量、反应器尺寸等方式调控床内气速，以此保证耦合反应器100物流与能流的匹配，保证工艺系统的稳
定操作。

[0106] 合成气与轻质油气上行，在降温洗涤段130降温，抑制过度裂化与结焦等反应的发生，同时除去其中部分积炭接触剂细粉。经过了降温洗涤段130的轻质油气与合成气随后进
入气固分离器200、比如旋风分离器中进行气固分离，去除其中夹带的积炭接触剂颗粒。捕
集得到的少量积炭接触剂细颗粒可返回到裂解段110内作为反应床料，形成裂解段100积炭
接触剂颗粒循环，提供裂解过程所需的部分热量以及气固催化裂解反应场所。

[0107] 经气固分离器300净化后的油气组分通过气液分馏塔与油气吸收稳定塔等系统，分别获得干气、液化气等气体产物以及塔底油品产物。当然，所得油品可以进一步切割分离
得到不同馏程组分的液体产物，其中塔底重油可以与重油原料混合进行回炼加工。

[0108] 本应用实施例中，裂解段110与气化段120通过水蒸气汽提段140实现有效隔离，使重油原料的裂解反应以及积炭接触剂的气化反应之间能够在一定程度上保持独立，增加整
个重油加工装置的安全性和操作稳定性；此外，水蒸气汽提段140的设置，还能够提升油气
收率，有效应对了大尺寸焦粒的结焦、堵塞等问题。

[0109] 按照此应用实施例1的工艺流程加工国内某炼厂减压渣油，原料油性质如表1所示。

[0110] 由表1可知，该原料油密度、残炭值与沥青质含量均较高，且包含较高的硫、氮元素以及重金属组分。采用传统催化裂化工艺过程加工，生焦倾向严重，容易造成催化剂的快速
积炭失活或者重金属中毒失活。

[0111] 表1

[0112]项目 数据
‑3
密度(20℃)，kg·m 993.8
2 ‑1
粘度(80℃)，mm·s 5357.85
康氏残炭，wt％ 17.82
族组成，wt％  
饱和烃 21.13
芳香烃 35.33
胶质 37.51
沥青质 6.03
硫，wt％ 1.10
氮，wt％ 1.03
‑1
Ni，μg·g 79.4
‑1
V，μg·g 88.1

[0113] 本工艺中采用自制的具有一定微反活性的脱碳改质接触剂，采用廉价高岭土材料改性获得较高比例的大孔结构，较大的比表面积以及较低的酸性。接触剂的粒径分布范围
‑3
主要在20～100μm，堆积密度为0.78～1.03g·cm ，磨损指数<1wt％，微反活性指数约为20。

[0114] 裂解反应条件为：反应温度491℃，压力为0.1Mpa，剂油质量比为0.4，反应时间约为20秒，表观气速约为3.5m/s。

[0115] 气化反应条件为：气化剂为水蒸气与氧气按照体积比1：1组成的混合气体，反应温度为820℃，反应压力为0.1Mpa，表观气速约为0.6m/s，积炭接触剂的停留时间约为15min。

[0116] 水蒸气汽提的条件为：水蒸气与重油原料的质量比为0.20，水蒸气的温度为350℃，汽提水蒸气的表观气速为2.5m/s。

[0117] 烧焦再生器200内的反应条件为：反应烧焦温度为670℃，烧焦压力0.1Mpa，烧焦时间140s，气速1.5m/s。

[0118] 裂解反应得到的轻质油气和来自气化段的合成气通过气固分离净化后得到最终油气产物，产物分布如表2所示。表3给出了在上述条件下进行气化反应所获得的合成气的
组成。

[0119] 表2

[0120] 产物分布，wt％ 数值干气 2.04
液化气 2.44
汽油 13.95
柴油 19.84
蜡油 31.85
＞500℃ 14.21
C3～500℃ 68.08
C5～500℃ 70.04
总液收 79.85
焦炭 15.67

[0121] 由表2可知，与原料初始的残炭值相比，焦炭收率与残炭比值约为0.8～0.9，远小于延迟焦化中焦炭/残炭1.4～1.6的比值，说明本实施例的装置的经济指标远高于现有技
术中的重油加工装置；总液收接近80％，其中大部分为小于500℃的轻油馏分，说明采用本
实施例的工艺，能够实现重油的轻质化并获得大量具有更高附加值的油品且具有非常高的
加工效率；此外，大于500℃的重油组分可以通过回炼方式进一步加工。

[0122] 表3

[0123] 合成气组分 H2 CO CO2 CH4等其它组分体积含量(vol％) 42.7 35.6 20.1 1.6

[0124] 由表3可知，焦炭气化所得的合成气中，H2与CO体积分数之和接近80％，作为高品质的合成气可用于后续重整制氢，补充炼厂氢气来源。

[0125] 应用实施例2

[0126] 作为应用实施例1的一种替代方案，本应用实施例的具体工艺与应用实施例1基本一致，除了烧焦再生器200安装在耦合反应器100的顶部，与裂解段110和气化段120同轴设
置。

[0127] 采用与应用实施例1完全一致的工艺条件，对与应用实施例1完全一致的劣质重油加工原料进行处理，所得产物分布和合成气组成均与应用实施例1基本一致，其中总液收约
为80％，且绝大部分为小于500℃的轻油馏分；焦炭收率与残炭比值约为0.8～0.9。

[0128] 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。