一种硬沥青粉气化制备合成气的方法及设备与流程

本发明涉及一种石油残渣生产合成气的方法及设备，具体涉及一种硬沥青粉气化制备合成气的方法及设备。

背景技术：

把廉价的渣油转化为高附加值的产品，是炼油工业的生命线。最大限度地提高减压渣油的利用率已成为企业追求的目标之一。溶剂脱沥青是重油加工的一种方法，流程简单，能耗较低，得到的脱油沥青是很好的催化裂化的进料，但硬沥青的出路一直是一个问题。由于硬沥青具有高软化点、高硫和高氮含量等缺点，市场销售受到限制。因此，需要解决硬沥青的出路问题。将硬沥青进行固化切片、粒化、包装形成粒状硬沥青产品，即为硬沥青粉。

硬沥青具有挥发份高、发热值高、灰分少、容易粉碎等优点，理论上可以用于部分氧化制备合成气。但从实验情况来看，硬沥青粉粉体粒度小、堆积密度低，硬沥青粉浆搅拌难度大，成浆浓度低，浓度只有约30％，难以满足水煤浆气化要求；进一步实验表明粉体具有一般的粘聚性，粉体流动性处于易流动与难流动之间，难以满足粉煤气化的要求。因此，硬沥青粉的气化必须解决原料的输送问题。

烧嘴是各类含碳燃料转化制合成气的关键设备之一。烧嘴既要有效降低流道端部的局部回流过氧烧蚀，有效解决气化烧嘴操作寿命短的问题，又要弱化火焰对转化炉拱顶和烧嘴端部的辐射，保护耐火衬里，降低转化炉拱顶金属外壳的温度，保证转化炉的安全操作。现有脱油沥青气化可采用三通道的烧嘴，中心通道走氧气，第二通道走蒸汽和脱油沥青的混合物，外通道走氧气；或者可采用四通道的烧嘴，中心通道走氧气，第二通道走脱油沥青，第三通道走氧气，外通道走蒸汽。但现有脱油沥青烧嘴的操作工艺难以满足熔融态硬沥青气化的要求，这是因为高压过热蒸汽的温度会超过400℃，若尝试三通道烧嘴，熔融态硬沥青与高压蒸汽混合，结焦风险大；若尝试四通道烧嘴，其中心通道氧气和第二通道熔融态硬沥青在烧嘴头部直接接触，易在喷嘴通道端部结焦，且烧嘴易被烧蚀。同时，现有技术在转化脱油沥青时，无论是在三通道烧嘴还是在四通道烧嘴中均设置了两个氧化剂通道，其需要提高对烧嘴的材质要求，导致烧嘴的制造成本增加。为适应硬沥青粉的高效气化和长周期操作，需要对烧嘴的操作工艺进行改进。

因此，硬沥青粉的输送问题和转化炉中烧嘴的操作工艺是困扰硬沥青粉作为气化原料的二个重要技术问题。

技术实现要素：

本申请的发明人在尝试将硬沥青粉转化成合成气时，发现会出现硬沥青粉难以输送的问题和以及在借鉴脱油沥青的气化烧嘴时，烧嘴容易被结焦和烧蚀的问题。本发明创新性地提出一种硬沥青粉气化制备合成气的方法及设备。本发明能够将硬沥青粉转化为合成气，工艺流程和设备结构简单，能源利用率高，成本低。

本发明公开了一种硬沥青粉气化制备合成气的设备，其包含：一加热设备和一转化炉；

其中，所述加热设备用于融化所述硬沥青粉，得到熔融态沥青；所述转化炉用于气化熔融态沥青，得到第一合成气；

其中，所述转化炉的顶部包含一用于进料的烧嘴，所述烧嘴为四通道结构，包括从内向外同轴设置的氧化剂通道、第一辅助气化剂通道、燃料通道、第二辅助气化剂通道；其中，所述燃料通道用于通入熔融态沥青。

本发明中，所述硬沥青粉为将硬沥青(原油经深度减压蒸馏或经丙烷脱沥青工艺后制得的沥青，黑色固体，软化点较高)进行固化切片、粒化、包装形成的粒状硬沥青产品。

较佳地，所述硬沥青粉在200℃时粘度为70-100cp，250℃时粘度为20-50cp，300℃时粘度为5-20cp。

本发明中，所述加热设备为本领域常规所述加热设备。较佳地，所述加热设备采用釜式间歇换热器。

较佳地，所述加热设备包括一第一进料口、一第二进料口、一第一出料口和一沥青输送管道；所述第一进料口为所述硬沥青粉的进料通道；所述第二进料口为第一蒸汽的进料通道；所述沥青输送管道用于将所述熔融态沥青输送至所述转化炉；所述沥青输送管道的一端与所述第一出料口连接，另一端与所述燃料通道连接。

更佳地，所述加热设备包含多个并联的加热设备，以提高所述设备处理硬沥青粉的能力。

本发明中，所述转化炉除烧嘴部分外的其余部分为本领域常规的结构。较佳地，所述转化炉采用非催化部分氧化反应器。

本发明中，所述烧嘴中的四通道采用渐缩结构。

较佳地，所述氧化剂通道的内收缩角α为50-90度；其中，所述内收缩角α指的是所述氧化剂通道的内侧壁与烧嘴出口端面的夹角。

较佳地，所述第一辅助气化剂通道的内收缩角β为50-90度；其中，所述内收缩角β指的是所述第一辅助气化剂通道的内侧壁与烧嘴出口端面的夹角。

较佳地，所述燃料通道的内收缩角γ为50-90度；其中，所述内收缩角γ指的是所述燃料通道的内侧壁与烧嘴出口端面的夹角。

较佳地，所述第二辅助气化剂通道的内收缩角θ为50-90度；其中，所述内收缩角θ指的是所述第二辅助气化剂通道的内侧壁与烧嘴出口端面的夹角。

较佳地，所述内收缩角α≥所述内收缩角β≥所述内收缩角γ≥所述内收缩角θ。

较佳地，所述第二辅助气化剂通道的外围还设置一冷却系统。

更佳地，所述冷却系统可为水循环通道。

较佳地，所述转化炉还包括一第二出料口和一第一合成气输送管道；所述第一合成气输送管道的一端与所述第二出料口连接，用于将所述第一合成气输送至后处理设备和/或收集设备。

一具体实施方式中，为了提高能源利用率，降低成本，所述硬沥青粉气化制备合成气的设备还包括一废热锅炉和一洗涤设备；废热锅炉用于与所述第一合成气进行热交换，得到副产蒸汽和第二合成气；洗涤设备用于后处理所述第二合成气，收集得到第三合成气。

其中，废热锅炉为本领域常规的废热锅炉。较佳地，废热锅炉采用火管锅炉。

较佳地，所述废热锅炉包括一第三进料口、第四进料口、一第三出料口、一第四出料口、一蒸汽输送管道和一第二合成气输送管道；所述第三进料口与所述第一合成气输送管道相连接，用于所述第一合成气的进料；所述第四进料口用于将锅炉给水输送至所述废热锅炉；所述蒸汽输送管道一端与所述第三出料口连接，另一端同时与所述第一进料口、所述第一辅助气化剂通道和第二辅助气化剂通道连接；所述第二合成气输送管道与所述第四出料口连接，用于将所述第二合成气排出所述废热锅炉。

其中，洗涤设备为本领域常规洗涤设备。

较佳地，所述洗涤设备包括一第五进料口和一第五出料口，所述第五进料口与所述第二合成气输送管道相连接；所述第五出料口用于将所述第三合成气排出所述洗涤设备。

一具体实施方式中，硬沥青粉气化制备合成气的设备还包括一洗涤设备，洗涤设备用于后处理第一合成气，收集得到第二合成气。

其中，洗涤设备为本领域常规洗涤设备。

较佳地，所述洗涤设备包括一第五进料口和一第五出料口，所述第五进料口与所述第一合成气输送管道相连接；所述第五出料口用于将所述第二合成气排出所述洗涤设备。

本发明公开了一种硬沥青粉气化制备合成气的方法，方法采用如前的硬沥青粉气化制备合成气的设备进行，其包含以下步骤：

所述硬沥青粉在所述加热设备中融化，得到熔融态沥青；

将所述熔融态沥青输送进入所述转化炉制备得到第一合成气，即可。

较佳地，将熔融态沥青采用泵送的方式输送进入转化炉。

一优选实施方式中，进入加热设备的硬沥青粉为0.5～20t/h。

较佳地，进入多个并联的加热设备的硬沥青粉的总量为100-4000t/d。

较佳地，熔融态沥青的温度为250～300℃。

较佳地，所述转化炉的操作温度为1200-1400℃，压力为0.1-10mpa，其中，本领域技术人员可以理解，所述第一合成气的温度和压力与所述转化炉的操作温度和压力相等。

较佳地，氧化剂通道中的氧化剂和进入加热设备的硬沥青粉的质量比为0.8～1.0。

本发明中，可将第一蒸汽通入加热设备，用于融化硬沥青粉。

较佳地，第一蒸汽和进入加热设备的硬沥青粉的质量比为0.3:1～0.8:1。

一具体实施方式中，将第一合成气通入废热锅炉，在废热锅炉中进行热交换，得到副产蒸汽和第二合成气。

其中，副产蒸汽可分为四部分，分别为第一蒸汽、第二蒸汽、第三蒸汽和第四蒸汽；所述第二蒸汽通过蒸汽输送管道输送至第一辅助气化剂通道作为第一辅助气化剂；第三蒸汽通过蒸汽输送管道输送至第二辅助气化剂通道作为第二辅助气化剂；第四蒸汽为副产蒸汽扣除所述第一蒸汽、所述第二蒸汽和所述第三蒸汽的余量，外送至空气中。

其中，烧嘴各通道的物料从内向外依次为：氧化剂、第一辅助气化剂、熔融态沥青和第二辅助气化剂，可以实现熔融态沥青在转化炉内很好的雾化。通过在氧化剂通道和燃料通道之间设置第一辅助气化剂通道隔绝氧气和熔融态沥青，不会使氧气和熔融态沥青在烧嘴端部直接混合，避免烧嘴端部结焦和卷吸造成的烧蚀。并设置第二辅助气化剂通道避免炉内第一合成气卷吸进入火焰区，进一步降低火焰温度，保护转化炉耐火衬底。

更佳地，氧化剂可为空气、氧气、富氧空气的一种或多种。

更佳地，第一辅助气化剂可为所述第二蒸汽。

更佳地，第二辅助气化剂可为所述第三蒸汽。

较佳地，副产蒸汽的产量和进入加热设备的硬沥青粉的质量比为1.5:1～2.5:1。

较佳地，副产蒸汽的总压力为8.0～12mpa；且副产蒸汽的总压力高于第一合成气的压力0.5mpa以上。

较佳地，进入所述烧嘴的所述第二蒸汽、所述第三蒸汽的总量和进入所述加热设备的硬沥青粉的质量比为0.5:1～1:1。

较佳地，进入第一辅助气化剂通道的所述第二蒸汽占进入所述烧嘴的所述第二蒸汽、所述第三蒸汽总量的5％～20％。

较佳地，所述第二合成气的温度较佳地为250℃～400℃。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

(1)解决了硬沥青粉制备合成气时的输送困难问题。

(2)通过改进了烧嘴的操作工艺，避免烧嘴端部结焦和卷吸造成的烧蚀，保护转化炉耐火衬底。

(3)将硬沥青粉转化为co和h2为主的合成气，环境友好，硬沥青粉中碳元素的转化率可达96.0％～99.9％，转化得到的co h2的含量可达90％～94％，能量利用效率高，工艺流程和设备结构简单，投资省。

(4)本发明的优选实施方式无需外界补充高压蒸汽，解决了沥青粉制备合成气系统高压蒸汽的来源问题。

附图说明

图1为实施例1的硬沥青粉气化制备合成气的设备结构示意图。

其中，100为加热设备，101为第一进料口，102为第二进料口，103为第一出料口，104为沥青输送管道，200为转化炉，201为烧嘴，202为第二出料口，203为第一合成气输送管道，300为废热锅炉，301为第三进料口，302为第四进料口，303为第三出料口，304为第四出料口，305为蒸汽输送管道，306为第二合成气输送管道，400为洗涤设备，401为第五进料口，402为第五出料口。

图2为实施例1的烧嘴的结构示意图。

其中，2011为氧化剂通道，2012为第一辅助气化剂通道，2013为燃料通道，2014为第二辅助气化剂通道，2015为冷却系统，α为内收缩角α，β为内收缩角β，γ为内收缩角γ。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

在本申请一具体实施方式中，硬沥青粉的参数如下：残炭量为48.08wt％含硫量为1.80wt％、含氮量为1.83wt％、h/c为1.18、含镍量为395μg/g、含钒量为302μg/g、含钙量为861μg/g、饱和份为1.90wt％、芳香份为9.07wt％、胶质为33.65wt％沥青质为55.38wt％、软化点为178℃、粒径分布为2-500μm、堆积密度为0.10g/cm³；在250℃时粘度为33cp，270℃时粘度为26cp，295℃时粘度为20cp。

实施例1

本实施例提供一种硬沥青粉气化制备合成气的设备如图1-2所示，该设备包含一加热设备100、一转化炉200、一废热锅炉300和一洗涤设备400。

其中，加热设备100用于融化硬沥青粉，得到熔融态沥青；转化炉200用于气化熔融态沥青，得到第一合成气；其中，转化炉200的顶部包含一用于进料的烧嘴201，烧嘴201为四通道结构，包括从内向外同轴设置的氧化剂通道2011、第一辅助气化剂通道2012、燃料通道2013、第二辅助气化剂通道2014；其中，燃料通道2013用于通入熔融态沥青。第二辅助气化剂通道2014的外围还设置一冷却系统2015。

其中，加热设备100采用釜式间歇换热器。其中，加热设备100包括一第一进料口101、一第二进料口102、一第一出料口103和一沥青输送管道104；第一进料口101为硬沥青粉的进料通道；第二进料口102为第一蒸汽的进料通道；沥青输送管道104用于将熔融态沥青输送至转化炉200；沥青输送管道104的一端与第一出料口103连接，另一端与燃料通道2013连接。

其中，转化炉200采用非催化部分氧化反应器。其中，转化炉200还包括一第二出料口202和一第一合成气输送管道203；第一合成气输送管道203的一端与第二出料口202连接，可用于将第一合成气输送至下一设备，本实施例中为废热锅炉300。

其中，烧嘴201各通道的物料从内向外依次为：氧化剂、第一辅助气化剂、燃料和第二辅助气化剂，可以实现熔融态沥青在转化炉200内很好的雾化。通过在氧化剂通道2011和燃料通道2013之间设置第一辅助气化剂通道2012隔绝氧气和熔融态沥青，不会使氧气和熔融态沥青在烧嘴201端部直接混合，避免烧嘴201端部结焦和卷吸造成的烧蚀。并设置第二辅助气化剂通道2014避免炉内第一合成气卷吸进入火焰区，进一步降低火焰温度，保护转化炉200耐火衬底。

其中，氧化剂为氧气。其中，第一辅助气化剂为第二蒸汽。其中，第二辅助气化剂为第三蒸汽。其中，冷却系统2015为水循环通道。

其中，烧嘴201中的四通道采用渐缩结构。

其中，氧化剂通道2011的内收缩角α为70度，第一辅助气化剂通道2012的内收缩角β为70度，燃料通道2013的内收缩角γ为70度，第二辅助气化剂通道2014的内收缩角θ为70度。

其中，废热锅炉300用于与第一合成气进行热交换，得到副产蒸汽和第二合成气。其中，废热锅炉300采用火管锅炉。其中，废热锅炉300包括一第三进料口301、第四进料口302、一第三出料口303、一第四出料口304、一蒸汽输送管道305和一第二合成气输送管道306；第三进料口301与第一合成气输送管道203相连接，用于第一合成气的进料；第四进料口302用于将锅炉给水输送至废热锅炉300；蒸汽输送管道305一端与第三出料口303连接，另一端同时与第一进料口101、第一辅助气化剂通道2012和第二辅助气化剂通道2014连接；第二合成气输送管道306与第四出料口304连接，用于将第二合成气排出废热锅炉300。

其中，洗涤设备400用于后处理第二合成气，收集得到第三合成气。其中，洗涤设备400包括一第五进料口401和一第五出料口402，第五进料口401与第二合成气输送管道306相连接；第五出料口402用于将第三合成气排出洗涤设备400。

本实施例中，采用一种硬沥青粉气化制备合成气的方法，该方法采用如前的硬沥青粉气化制备合成气的设备进行，其包含以下步骤：

将第一蒸汽通入加热设备100，硬沥青粉在加热设备100中融化，得到熔融态沥青；熔融态沥青采用泵送的方式输送进入转化炉200，制备得到第一合成气；将第一合成气通入废热锅炉300，在废热锅炉300中进行热交换，得到副产蒸汽和第二合成气；将第二合成气通入洗涤设备400。

其中，副产蒸汽可分为四部分，分别为第一蒸汽、第二蒸汽、第三蒸汽和第四蒸汽；第二蒸汽通过蒸汽输送管道305输送至第一辅助气化剂通道2012作为第一辅助气化剂；第三蒸汽通过蒸汽输送管道305输送至第二辅助气化剂通道2014作为第二辅助气化剂；第四蒸汽为副产蒸汽扣除第一蒸汽、第二蒸汽和第三蒸汽的余量，外送至空气中。

本实施例中，硬沥青粉理化参数如表1所示，主要工艺参数如表2所示。

表1沥青粉理化参数

表2主要工艺参数