一种重质油的连续热裂解装置和方法与流程

本发明属于重质油的轻质化技术领域，尤其是涉及一种重质油的连续热裂解装置和方法。

背景技术：

目前，世界原油资源重质、劣质化趋势越来越明显。炼油企业面临着原料油重质化、劣质化，产品要求轻质化、环保化，生产过程要求清洁化、低碳化的三重压力。目前重质油存在着高金属、高残碳、高硫、高氮、高粘度等特点，不同产地、处理工艺得到的重质油其组成、性质等存在巨大差别。利用简单可靠的装置和方法对重质油进行处理获得轻质油，提高石油资源利用率，减少黑色废物是石油炼制过程中亟待解决的重大问题。

专利cn1317543a、cn1566267a、cn1218786a和cn101665711a等报道了在沸石、分子筛或金属氧化物催化石油的催化热裂解生成乙烯、丙烯等低碳烯烃。该类需要催化剂参与，在550℃～880℃的高温条件下进行反应。专利cn102329631a、cn102604662a、cn103087739a、cn103695021a和cn103953170a等报道了催化剂催化生物质、废轮胎或塑料的高温热裂解过程。专利cn101517039a和cn101517040a报道了在石油系重质油的热处理装置和方法，反应中通入热蒸汽以抑制焦炭附着，防止堵塞，以制备均质沥青。

然而，在实际系统研究现有技术工作中我们发现，现有的石油系重质油的热裂解装置和方法特别是针对抑制焦炭手段较为单一，研究现有技术再现的过程中还发现整个热裂解装置内壁仍存在结焦生成焦炭的现象，同时整个热裂解装置内部并没有相应的协同处理焦炭的功能。最终使得重质油的连续热裂解过程存在着反应温度高、目标产物为低碳烯烃而非轻质油品、原料处理范围有限、热裂解装置内有生成焦炭的风险以及不能连续化运行等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种重油的连续热裂解装置和方法，以实现重质油的连续热裂解反应，热裂解反应器中框式搅拌浆(带刮刀)和底部气体进口的协同、孔式挡板调节重质油的分布，能够大幅度缩短反应时间，防止反应结焦积碳，提高轻组分收率的同时改善重组分油品品质，重组分可直接用于生产沥青产品。气源为氢气或热裂解尾气时气体可作为氢源，在反应器中同时发生加氢反应，可进一步提高收率和油品品质。该装置和方法具有原料适用范围广、操作简单、连续稳定运行等优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种重质油的连续热裂解装置，包括预热装置、进料装置、气源、冷凝装置、轻/重组分集油罐还包括二级预热装置、热裂解反应器和气体预热装置；

所述的预热装置、进料装置、二级预热装置依次相连，且二级预热装置与热裂解反应器进料口一端相连；气源与气体预热装置相连，气体预热装置与热裂解反应器底部相连；热裂解反应器出料口还分别与冷凝装置、轻/重组分集油器相连，其中冷凝装置与轻/重组分集油器相连。

进一步地，所述预热装置为加热釜，所述加热釜的操作温度为0℃～200℃。

所述进料装置为离心泵、齿轮泵或柱塞泵。

所述二级预热装置的操作温度为200℃～600℃。

所述气体预热装置的操作温度为0℃～600℃。

本发明涉及的热裂解反应器至少包括反应器主体，在反应器主体内部至少平行设置有一对框式搅拌桨，在反应器主体外侧中部设置有加热炉，反应器主体上端分别设置有物料进口和轻组分出口，反应器主体下端两侧设置有气体进口；其中位于反应器主体内部框式搅拌桨之间间隔处，且两个框式搅拌桨相对面中间设置有孔式挡板，在反应器主体内部靠近顶部的框式搅拌桨上方设置有分布器；沿在反应器主体主轴贯穿设置有旋转螺杆，其中旋转螺杆一端与电机相连，另一端通过电动球阀与重组分出口相连。

所述框式搅拌桨与反应器主体接触面上设置有刮刀，所述的旋转螺杆一端与电机相连段外侧设置有冷却水夹套。

所述热裂解反应器的操作温度为300℃～600℃。

所述分布器为伞状分布器、槽式分布器、盘式分布器或孔分布器等。

所述的孔式挡板开孔率为10～90％。所述的孔式挡板开孔率优选为20～50％。所述气源为氮气、氢气、氦气、氩气或裂解尾气。

本发明还公开了一种利用本装置实现的重质油的连续热裂解方法，包括如下步骤：

(1)将重质油置于预热装置，对预热装置、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热；

(2)将气源中气体从热裂解反应器的气体进口通入；

(3)将热裂解反应器加热至反应温度300℃～600℃；

(4)利用进料装置将重质油由加热釜通入热裂解反应器中，进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为0.1min～1h；

(5)裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐；

(6)裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐；

(7)称取轻组分集油罐中油品的质量，获取轻组分产率。

所述重质油为重质原油、常压蜡油、减压蜡油、焦化蜡油、常压渣油、减压渣油、油砂沥青、超稠油、脱沥青油、沥青、页岩油、煤焦油或富含碳氢化合物的动植物油类、生物沥青在内的油品中的一种、两种或两种以上的混合物。

所述预热装置的操作温度为0℃～200℃，二级预热装置的操作温度为200℃～600℃，气体预热装置的操作温度为0℃～600℃，热裂解反应器的预热温度为300℃～600℃。所述重质油在热裂解反应器中的停留时间为0.1min～1h。

所述重组分可直接用于生产沥青产品，包括均质沥青、改性沥青、乳化沥青、道路用乳化沥青、高速铁路用乳化沥青、建筑防水乳化沥青。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明提供的热裂解装置，①设计有预热装置、进料装置，热裂解反应器具有旋转螺杆、电动球阀，可以实现反应过程的连续进料和连续出料，实现连续稳定运行；②设计有预热装置和二级预热装置，可以实现温度的灵活控制，可直接加热至反应温度，也可预热至设定温度，避免了预热器内的结焦同时减少在反应器内的停留时间，减少结焦的可能性；③热裂解反应器具有框式搅拌桨(带刮刀)能够有效的预防和消除反应器内壁发生结焦现象，使其能够处理不同类型的重质油，原料适用范围广；④热裂解反应器具有气体进口，可以通入高温预热气体，协助热裂解反应过程中生成的高温气体离开反应器，避免进一步的裂解反应，有效的提高轻组分油品的收率；⑤孔式挡板可以调节重质油的分布，强化混合效果。

(2)本发明提供的热裂解方法，通过热裂解反应器的防结焦设计和连续化运行，热裂解反应器中框式搅拌桨(带刮刀)和底部气体进口的协同、孔式挡板调节重质油的分布，能够大幅度缩短反应时间，防止反应结焦积碳，提高轻组分收率的同时改善重组分油品品质，重组分可直接用于生产沥青产品。气源为氢气或热裂解尾气时气体可作为氢源，在反应器中同时发生加氢反应，可进一步提高收率和油品品质。该装置和方法具有原料适用范围广、操作简单、连续稳定运行等优势。

附图说明

图1本发明重质油的连续热裂解装置结构示意图；

图2本发明热裂解反应器的结构示意图；

附图标记说明：

1-预热装置2-进料装置3-热裂解反应器

4-气源5-冷凝装置6-轻/重组分集油罐

7-二级预热装置8-气体预热装置9-电机

10-冷却水夹套11-分布器12-加热炉

13-反应器主体14-框式搅拌桨15-旋转螺杆

16-电动球阀17-物料进口18-气体进口

19-轻组分出口20-重组分出口21-孔式挡板

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。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。

1.图1本发明重质油的连续热裂解装置结构示意图；图2本发明热裂解反应器的结构示意图。如图1和图2所示，包括预热装置1、进料装置2、气源4、冷凝装置5、轻/重组分集油罐6、还包括二级预热装置7、热裂解反应器3和气体预热装置8；

所述的预热装置1、进料装置2、二级预热装置7依次相连，且二级预热装置7与热裂解反应器3进料口一端相连；气源4与气体预热装置8相连，气体预热装置8与热裂解反应器3底部相连；热裂解反应器3出料口还分别与冷凝装置5、轻/重组分集油器6相连，其中冷凝装置5与轻/重组分集油器6相连。

热裂解反应器3至少包括反应器主体13，在反应器主体13内部至少平行设置有一对框式搅拌桨14，在反应器主体13外侧中部设置有加热炉12，反应器主体13上端分别设置有物料进口17和轻组分出口19，反应器主体下端两侧设置有气体进口18；其中位于反应器主体13内部框式搅拌桨14之间间隔处，且两个框式搅拌桨14相对面中间设置有孔式挡板21，在反应器主体13内部靠近顶部的框式搅拌桨14上方设置有分布器11；沿在反应器主体主轴贯穿设置有旋转螺杆15，其中旋转螺杆15一端与电机9相连，另一端通过电动球阀16与重组分出口20相连。所述的旋转螺杆15一端与电机9相连段外侧设置有冷却水夹套10。

遵循本发明公开整体技术方案，分别进行如下系列试验，具体内容如下：

实施例1：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为离心泵，热裂解反应器的分布器采用伞状分布器，反应器不含框式搅拌桨，无气源通入气体进口(18)，孔式挡板(21)开孔率为50％。将重质原油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至50℃，二级预热装置预热至450℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将重质原油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率55％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为28％。重组分可直接用于生产均质沥青。

实施例2：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为离心泵、气源为氮气，热裂解反应器的分布器采用伞状分布器，反应器不含框式搅拌桨，孔式挡板(21)开孔率为50％。将重质原油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至50℃，二级预热装置预热至450℃，气体预热装置预热至400℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将重质原油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率62％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为26％。相比于案例1，重组分的残炭含量降低3％，重组分可直接用于生产均质沥青。

实施例3：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为离心泵，热裂解反应器的分布器采用伞状分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)，无气源通入气体进口(18)，孔式挡板(21)开孔率为50％。将重质原油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至50℃，二级预热装置预热至450℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将重质原油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率64％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为25％。相比于案例1，重组分的残炭含量降低4％，重组分可直接用于生产均质沥青。

实施例4：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为离心泵、气源为氮气，热裂解反应器的分布器采用伞状分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)，孔式挡板(21)开孔率为50％。将重质原油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至50℃，二级预热装置预热至450℃，气体预热装置预热至400℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将重质原油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率69％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为22％。相比于案例1，重组分的残炭含量降低约8％，重组分可直接用于生产均质沥青。

实施例5：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为齿轮泵，热裂解反应器的分布器采用槽式分布器，反应器不含框式搅拌桨，无气源通入气体进口(18)，孔式挡板(21)开孔率为50％。将常压蜡油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至100℃，二级预热装置预热至400℃，热裂解反应器预热至400℃。利用进料装置将常压蜡油由加热釜通入热裂解反应器中，在400℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率32％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为63％。重组分可直接用于生产乳化沥青。

实施例6：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为齿轮泵、气源为氦气，热裂解反应器的分布器采用槽式分布器，反应器不含框式搅拌桨，孔式挡板(21)开孔率为50％。将常压蜡油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至100℃，二级预热装置预热至400℃，气体预热装置预热至400℃，热裂解反应器预热至400℃。利用进料装置将常压蜡油由加热釜通入热裂解反应器中，在400℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率34％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为63％。相比于案例5，重组分的残炭含量降低2％，重组分可直接用于生产乳化沥青。

实施例7：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为齿轮泵，热裂解反应器的分布器采用槽式分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)，无气源通入气体进口(18)，孔式挡板(21)开孔率为50％。将常压蜡油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至100℃，二级预热装置预热至400℃，热裂解反应器预热至400℃。利用进料装置将常压蜡油由加热釜通入热裂解反应器中，在400℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率34％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为61％。相比于案例5，重组分的残炭含量降低2％，重组分可直接用于生产乳化沥青。

实施例8：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为齿轮泵、气源为氦气，热裂解反应器的分布器采用槽式分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)，孔式挡板(21)开孔率为50％。将常压蜡油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至100℃，二级预热装置预热至400℃，气体预热装置预热至400℃，热裂解反应器预热至400℃。利用进料装置将常压蜡油由加热釜通入热裂解反应器中，在400℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为30min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率37％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为60％。相比于案例5，重组分的残炭含量降低5％，重组分可直接用于生产乳化沥青。

分别对比实施例1-4和5-8可知，热裂解装置中框式搅拌桨(带刮刀)和气源(或底部气体进口)，以及框式搅拌桨和气源的协同作用，能够有效的减少结焦积碳的生成，有效的改善气液混合的同时提高轻组分收率。

实施例9-12所实施的发明过程与实施例4相同，表中所列的孔式挡板(21)开孔率及结果见1。

表1重质原油的热裂解结果

对比实施例4和9-12可知，孔式挡板开孔率的不同，能够调节反应器内重质油的分布，改善混合过程，从而提高轻组分的收率。

实施例13：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为柱塞泵、气源为氮气，热裂解反应器的分布器采用槽式分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)。将减压渣油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至150℃，二级预热装置预热至450℃，气体预热装置预热至450℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将常压渣油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为6min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率21％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为71％。重组分可直接用于生产改性沥青。

实施例14：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为柱塞泵、气源为氢气，热裂解反应器的分布器采用槽式分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)。将减压渣油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至150℃，二级预热装置预热至450℃，气体预热装置预热至450℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将常压渣油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为6min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率26％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为63％。重组分可直接用于生产改性沥青。

实施例15：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为柱塞泵、气源为热裂解尾气，热裂解反应器的分布器采用槽式分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)。将减压渣油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至150℃，二级预热装置预热至450℃，气体预热装置预热至450℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将常压渣油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为6min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率23％。收集未冷凝的热裂解尾气，作为气源循环回反应器。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为63％。重组分可直接用于生产改性沥青。

对比实施例13-15可知，氢气或热裂解尾气为氢源，与氮气为氢源相比，轻组分的收率有小幅度的提高。可能是以氢气或热裂解尾气为氢源，在反应器中可以同时发生加氢反应，从而提高了轻组分的收率，改善油品品质。

实施例16：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为离心泵、气源为氮气，热裂解反应器的分布器采用孔分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)。将富含碳氢化合物的动植物油置于加热釜，对热裂解反应器进行预热，加热釜为0℃，气体预热装置为0℃，二级预热装置为0℃，热裂解反应器预热至200℃。利用进料装置将富含碳氢化合物的动植物油由加热釜通入热裂解反应器中，在300℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为40min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率23％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为48％。重组分可直接用于生产乳化沥青。

实施例17：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为柱塞泵、气源为氮气，热裂解反应器的分布器采用伞状分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)。将脱沥青油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至200℃，二级预热装置预热至600℃，气体预热装置预热至600℃，热裂解反应器预热至600℃。利用进料装置将脱沥青油由加热釜通入热裂解反应器中，在600℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为0.5min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率25％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为66％。重组分可直接用于生产道路用乳化沥青。

实施例18：

热裂解装置中预热装置为加热釜、进料装置为离心泵、气源为裂解尾气，热裂解反应器的分布器采用伞状分布器，反应器含框式搅拌桨(带刮刀)。将减压蜡油置于加热釜，对加热釜、二级预热装置、气体预热装置和热裂解反应器进行预热，加热釜预热至200℃，二级预热装置预热至450℃，气体预热装置预热至500℃，热裂解反应器预热至450℃。利用进料装置将减压蜡油由加热釜通入热裂解反应器中，在450℃进行热裂解反应，反应通过旋转螺杆、电动球阀控制重质油在反应器中的停留时间，停留时间为5min。裂解后的反应气从轻组分出口流出，在冷凝器冷凝并收集在轻组分集油罐，收率13％。裂解后的重组分从重组分出口流出，收集在重组分集油罐，收率为84％。重组分可直接用于生产道路用建筑防水乳化沥青。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的优选实施例而已，然而发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也实为本发明的保护范围。