专利名称：含碳物质的闪热裂方法
技术领域：
本发明涉及一种将含碳物质转化成具有更低标准沸点的物质的高温、 短停留的热处理方法。
背景技术：
石油、天然气和煤目前提供大约世界主要能量的39%、 23%和24%。 多年来，随着有限的石油储备已经开采，不断增加的残余油含量和不断降 低的氢-碳比率，使石油原油越来越难处理。目前阿萨巴斯卡(Athabasca)沥 青生产的快速增涨速率将会加快这个趋势。此外，随着天然气和石油储备 的耗竭，含有更多碳的煤矿资源将变得更加重要。结果是，持续增加的商 业动力促使人们寻求更加节约成本的转化方法，这些方法可以将日益增多 的含碳的剩余燃料，如石油残油、残余沥青油、油页岩和煤转化成有价值 的蒸馏物。
热裂解过程，尤其是焦化，已经成为升级残油(upgrading residual oil) 的关键单元操作。请看示例Stan Jones和Peter Pajado(编辑)的"石油加工 手册(Handbook of Petroleum Processing)", Springer(Dordrecht, 荷兰)，第 447~481页。目前的工艺流程清楚表明，随着操作温度的升高，由各种不同 的热处理工艺和原料得到的蒸馏物产率增大。例如，美国专利第4446004 号阐述对氢化处理过的残油进料在高温和短停留时间下进行热裂解，以 最大限度的增大蒸馏物产率。美国专利第4698147号阐述通过在高温和 短停留时间条件下操作氢供体热裂解工艺，也可以获得最多的残油转化蒸
6馏物。然而，根据用火焰加热器能够得到的最大热流量，此工艺的最高温
度和最短停留时间限制为525。C和3分钟。结果是，火焰加热器能够产生的
最高温度和最大热流量通常限制了热裂解器和延迟焦化单元操作中的残油
转化率。
美国专利第2906695号阐述通过将残余油进料与热焦炭颗粒流相接 触，可获得明显更高的热裂解温度和焦化温度。据预计，流化床焦化设备 通常能获得比延迟焦化设备更高的蒸熘物产率。不过，流化床焦化设备的 一个缺点是其焦炭产物比延迟焦化设备产物更加难以碾磨和燃烧。显而易 见，人们更倾向于获得高蒸馏物产率以及较少的麻烦的副产物。但是，更 好的情况是，人们愿意在没有或只有很少焦炭产生的情况下获得更高的蒸 馏物产率。
流体催化裂解装置运行使用热催化剂，以将油进料快速加热到裂解温 度，从而提高工艺效率。美国专利第5662868号阐述较短的停留时间有 利于裂解更多的含碳原料。加拿大专利申请第02369288号阐述通过与热 颗粒沙状物流接触，更高的温度和更短的停留时间可使重油或沥青最大程 度地转化为蒸馏物。
热裂解和焦化的动力学模型也对高温和短停留时间下的裂解的效果提 供了深层次的了解。图-1总结了对下表1中的原料，利用已公开的阿萨巴 斯卡(Athabasca)沥青热裂解和焦化模型(Murray R. Gray, William C. McCaffrey,lftikharHug， TuyetLe，"阿萨巴斯卡残渣焦化过程中的裂解 禾口脱挥发作用的动力学(Kinetics of Cracking and Devolatilization during Coking of Athabasca Resides)", Ind.Chem.Res.， 2004， 43，第5438~5445 页)，所得到的温度和时间对蒸馏物产率的影响。在热裂解工艺产物中的甲 苯可溶性成分的重量百分数与进料中的甲苯可溶性成分的重量百分数之间 的比值(TIp/TIf)，可作为对工艺操作性和残余重油副产物质量的粗略估计。 较低的(TIp/TIf)比值通常与更可靠的热裂解工艺操作和更高质量的残余重 油产物相关。图1的结果暗示，要获得蒸馏物生成的高转化率，且重油质 量只有最小程度的变差，高温和短停留时间的操作是所需的。例如，将操 作温度从70(TC增加到800°C，可以将524"C +的残油转化为蒸馏物的最大转
7化百分率从大约23%增加到大约80%， (TI/TIf)比值为2。然而，要获得此 项优势，需要使用比传统方法快得多的加热和冷却速率。
表-1典型沥青原料性质
总计 100.0% 100.0% 100.0% 100.0%
其他工艺改进研究者得到有关煤类进料的相似结论。美国专利第
4545890号阐述从氢供体煤液化工艺得到的蒸馏物产率，随着温度升高和 停留时间縮短而增加。美国专利第4048053号阐述在温度高于40(TC和停 留时间在2毫秒和2秒之间的条件下，通过将煤与热氢气接触，可获得最 大的蒸馏物产率。美国专利第5110452号阐述以大于10000下/秒(5538。C/ 秒)的速度，使用从部分氧化装置运行中得到的热气体，将物料加热到 1000 2000下(538 1093。C)，可以获得最大的蒸馏物产率。这再次表明，如 果能找到一个可靠的并且节省成本的方法来获得所需的高的加热速率，则
馏分数 3
全部进料:
303.4 524
524 650
650 1500
303.4 1500
578 975 4.00%
975
1202
51.62%
1202 2732 44.38% 5.41%
578 2732 100.0% 2.4%
0.9615
15.7
321.9
1.0308
5.8
533.5
1.1021 - 3.1 879.7
1.0581 8.5
10.50% 85.65% 3.84%
8.72%
86.38%
4.卯％
7.27%
86.51%
6.22%
9.25%
86,06%
4.69%
沸点°C
初值
终值
沸点°F
初值
终值
重量％
甲苯不溶物，
重量％
密度
SG， gm/cc API重力 平均分子量， MW
元素分析
氢碳硫能相对明显的发现其潜在的益处。
在其他应用中，已经使用超声速热气体喷射来获得非常高的加热速率。
例如，美国专利第6910431号阐述了一种使用氧气燃料燃烧产生超声速喷 射来迅速加热表面的方法。
图1的计算显示从残油高度转化成含有重油副产物的蒸馏物，此副
产物含有适量的甲苯不溶物水平，需要在高温和短停留时间下进行操作。
图2显示了要达到这些要求所需的温度曲线图的性状。很明显，既需要极
快的加热速率，也需要极快的冷却速率。不幸的是，早期的工艺仅能提供 可获得极快加热速率或冷却速率的方法，而不能两者兼顾。流化床焦化设 备和催化裂解反应器，通过使油进料与大量的热焦炭或薄膜状催化剂相接 触，来达到极快的加热速率。然而，大量的热的固体使反应物的快速冷却
不切实际。因此，流化床焦化设备和催化裂解反应器无法获得图2显示的 冷却速率。另一方面，在常规火焰加热器热裂解炉中得到的反应产物可通 过与冷却液(通常是蒸馏油或水)密切混合来进行极快的冷却降温。不幸的 是，热裂解加热圈中的焦炭生成速率，只能通过将加热速率限制在比图2 所示加热速率低的多的速率下，才能得到控制。因此，常规火焰加热器可 以获得所需的冷却速率，而不是加热速率。本发明使用一种完全不同的方 法来同时获得图2显示的所需的加热和冷却速率。
发明内容
本发明提供一种使用环形的热的高速气流来快速加热同轴的含碳物流 的方法。
此发明利用具有合适形状、机械能和热能的热的超声速喷射流来达到 图2所示的快速加热速率。为了确保机械能能够高效地从热的高速喷射流 转化到油迸料上，本发明使用了一种可以完全环绕圆柱状油进料流的环形 的热的高速喷射流。巨大的机械能输入量极大地增加了物料和能量转换的 表面积，也通过将机械能转换成热能提高了油料的温度。结果是，通过在 所需的反应温度下使用热的高速喷射流，可以获得具有最小局部过热性质 的快速的油料加热速率，此喷射流具有足够的机械能，以将油进料加热到所需的反应温度。气态占绝大多数的闪热裂反应器产物，可使用具有适当 沸点的雾化的冷却油来达到快速冷却。
在本发明的一个实施方式中.，揭示了一种将含碳进料转化成具有更低 标准沸点的含碳物质的方法，此方法包括以下步骤
a)在升高的压力下生成热的气体；
—'b)将上述高压下的热气体转化成较低压力卞的热的高速气体喷射流或 喷射流阵列； .
c) 将含碳进料加入到热的高速喷射流或喷射流阵列的中央(mesial)，以 快速加热含碳进料；
d) 提供足够的停留时间，以获得所需的转化率，将含碳进料转化为更 低沸点的物质；和
e) 快速冷却含有更低沸点物质的反应产物。
在本发明的另一个实施方式中，揭示了一种可将具有第一沸点的含碳 进料转化为具有更低的第二标准沸点的含碳物质的热解方法，此方法包括 以下步骤
a) 将上述含碳进料加热到所需的反应温度；
b) 将步骤(a)中产生的反应产物冷却；和
c) 回收上述反应产物。
在本发明的另一个实施方式中，揭示了一种可将具有第一标准沸点的 含碳进料转化为具有更低的第二标准沸点的含碳物质的方法，此方法包括 将高速热气流引向上述含碳进料，冷却通过加热上述含碳进料得到的反应 产物，以及回收上述反应产物。
图1总结了残油到蒸馏物的转化率，产物和进料中的甲苯不溶物的质 量比，操作温度和停留时间之间的典型关系。
图2是为达到高的残油-蒸馏物转化率所需的典型温度曲线图，此蒸馏
物包含残余重油副产物。
图3是一个燃烧喷枪(bumjectorlance)的草图，此喷枪产生环形的热的高速气体喷射流，来快速加热同轴的含碳物流。
图4总结了蒸汽冷却剂和氧气输入量的比值对喷枪的关键气流性能的 影响。
图5是显示氧气和燃料气体要求与冷却蒸汽量和氧气输入量的比值之 间的关系的图。
图6是闪热裂系统的简化流程草图，此系统将液态含碳物质转化为蒸 馏物和重油。' '
图7是闪热裂系统的方块流程图，此系统将固体含碳物质转化为蒸馏物。
具体实施例方式
图l的计算显示从残油高度转化成含有重油副产物的蒸馏物，此副
产物含有适量的甲苯不溶物水平，需要在高温和短停留时间下操作。图2
显示了要达到这些要求所需的温度曲线图的性状。很清楚，既需要极快的 加热速率，也需要极快的冷却速率。不幸的是，早期的工艺仅能提供可获 得极快加热速率或冷却速率的方法，而不能两者兼顾。流化床焦化设备和 催化裂解反应器，通过将油进料和大量的热焦炭或薄膜状催化剂相接触， 来达到极快的加热速率。然而，大量的热的固体使反应物的快速冷却不切
实际。因此，流化床焦化设备和催化裂解器无法获得图2显示的冷却速率。 另一方面，在常规火焰加热器热裂解炉中得到的反应产物，可通过与冷却 液(通常是油或水)密切混合来进行极快的冷却降温。不幸的是，热裂解加热 圈中的焦炭生成速率，只能通过将加热速率限制在比图2所示加热速率低 得多的速率下，才能得到控制。因此，常规火焰加热器可以获得所需的冷 却速率，而不是加热速率。本发明使用一种完全不同的方法来同时获得图2 显示的所需的加热和冷却速率。
图3说明了用于产生环形的热的高速气体喷射流S8的设备和方法，此 气体喷射流S8用来快速加热圆柱形的位于其中央的含碳流S9。此设备与 美国专利第691043号中描述的设备非常相似。喷枪由被环形燃烧室5和 敛散型(convergent-divergent)喷嘴6分隔开的外腔1和内腔2构成。含碳进料S1，燃气进料S2，高纯氧气进料S3和冷却剂进料S4从近端3处进入喷枪。
含碳进料S1可以是任何含有碳的物质。可以包括气态、液态或固态的 含碳物质或它们的任意比例的混合物。残余的含碳物质中有些物质种类的 标准沸点高于524°C。标准沸点低于524"C的含碳物种类被当作是馏出物。 液态的残余含碳物质包含一些物质种类，它们既具有高于524t:的标准沸点 也具有在30(TC下低于或等于IOOO厘泊的表观粘度。石油残油、石油焦油、 煤焦油、沥青和催化或非催化裂解过程的副产物是残余的液态含碳进料的 代表。固态含碳物质的表观粘度大于IOOO厘泊。煤和油页岩就是固态含碳 迸料的代表性例子。通常，固态含碳进料会与气态的和/或液态的载体材料 混合。常用于固态含碳物质的气态载体材料可以包括任意比例的每分子 含8个以下碳原子的烃分子、水蒸气、氮气和氩气。用于固态含碳物质的 液态载体材料可能包括任意比例的石油液体、煤衍生液体，或水。典型
的气态含碳进料的例子包括乙垸、丙烷和丁烷，以生产氢气和相应的烯烃。
燃料进料S2可以是在25°C、1个大气压的空气中燃烧时产生大于5000 焦耳/每克燃料的热量的任何物质。燃料进料最好是气体或液体。典型的气 态燃料进料可能包括任何处在某温度下的烃混合物，此温度高于其在喷枪 操作压力下的露点，而低于40(TC。烃指含有碳原子和氢原子的任意种类化 合物。烃通常还包含一些硫、氧和氮原子。 一氧化碳和氢气是气态非烃燃 料的例子。液态燃料进料可包括输入喷枪的在喷枪操作压力下温度低于其 泡点的烃类物质的任意混合物。固态燃料更倾向于在输入喷枪前，通过气 化或相似工艺，先转化为气态或液态燃料。
氧化剂S3进料优选是基本上纯的氧气，其氧气的摩尔百分含量优选高 于70摩尔％，更优选高于90摩尔％，最优选高于95摩尔％。喷枪S4冷却 剂优选是水、水蒸汽或含水雾的水蒸汽。
燃料进料S2通过导管7进入喷枪，导管7与燃料进料S2的径向分布 端头8之间流体连通。导管9维持了燃料进料S2的径向分布端头8与环形 燃烧室6之间的流体连通。燃料进料S2的径向分布端头8的截面面积足以维持通向环形燃烧室5的燃料进料导管9近端处的基本均一的压力。这个 燃料进料导管可能是一个连续的曲形导管(如图3所示)或是大致等距分布 的分散孔。相似的，氧化剂进料S3通过导管IO进入喷枪，导管10与氧化 剂进料S3的径向分布端头11之间流体连通。导管12维持了氧化剂进料 S3的径向分布端头11与环形燃烧室5之间的流体连通。氧化剂进料S3的 径向分布端头11的截面面积足以维持通向环形燃烧室5的氧化剂进料导管 12近端处的基本均一的压力。燃料进料导管9和氧化剂进料导管12并列地 并紧密相邻地进入环形燃烧室5。燃料S2和氧化剂S3的蒸汽在环形燃烧 室5的近端处混合。
任何常规方法都可以用来引发燃烧。例如，可以使用火花点火源引发 和维持燃烧。或者，可以将燃料流S2预热到高于它在喷枪操作氧分压下的 自动热燃温度，以确保迅速引燃和可靠的燃烧。此外，具有低的自动热燃 温度的物质，如硫化氢，可在开始时或正常操作过程中有利地加入燃料进 料流S2中，以达到助燃和稳定火焰S5的目的。或者，可加入催化剂以降 低自燃温度。在此情况中，优选将部分或全部的冷却剂流S4加入到燃料硫 S2禾Q/或氧化剂流S3中，以控制绝热火焰温度。使用气态燃料S2时，此催 化燃烧系统与用于发电的静态天然气涡轮机中的催化燃烧系统相似。使用 液态燃料S2时，此催化燃烧系统与用于飞机扇形喷气式发动机中的催化燃 烧系统相似。任意一种催化燃烧系统都可用于预热燃料流S2和/或氧化剂 流S3，使其超过自燃温度，以确保之后的非摧化燃烧步骤中的稳定燃烧。 使燃料进料S2与氧化剂进料S3接触足够长的时间，以使其几乎完全燃烧， 通常在10毫秒至2秒之间。
喷枪的冷却剂进料流S4 —般通过导管13从近端3进入喷枪的内腔2， 并流入内腔2的冷却剂进料S4的径向端头14。冷却剂S4的径向端头14 的截面面积足以提供在冷却剂导管15的近端处基本不变的压力。冷却剂S4 离开冷却剂S4径向端头14，然后轴向地流进通向喷枪远端4的导管15中。 然后，冷却剂沿着导管16流向喷枪近端3，进入内腔2的冷却剂产物径向 端头17。导管15和16中的冷却剂避免了喷枪中央导管23中的含碳进料 Sl的过热和焦化。可通过使用饱和的水蒸汽-水雾作为喷枪的冷却剂流S4，
13来改进温度控制。冷却剂通过导管18，从内腔2的冷却剂产物径向端头17 流向外腔1的冷却剂进料径向端头19。然后，冷却剂S4轴向地流入导管 20，流向喷枪远端4，然后又轴向地流入导管21，流向喷枪近端3。冷却剂 S4可任选地在喷枪的近端排放。然而，本发明的优选实施方式是通过环形 燃烧室5中的喷嘴22排放加热后的冷却剂S6。然后，加热后的冷却剂流6 和燃烧产物S5 —起形成敛散喷嘴6的进料S7。敛散喷嘴6的进料S7的温 度优选在3500和IOO(TC之间，更优选在2500和1250。C之间，最优选在1500 和2000'C之间。敛散喷嘴6的进料S7与反应器排气S10之间的压力之比 优选在2 : 1和20 : 1之间，更优选在2 : 1和10 : 1之间，最优选在3 : 1 和5 : 1之间。
较早的工艺提供针对设计和评估敛散喷嘴性能的指导(见示例Robert H. Perry & Cecil H. Chilton,"化学工程手册(Chemical Engineer's Handbook)",第5版，McGraw Hill(纽约)，1973，第5~29页)。如图3的 B-B截面图所示，喷枪可安装有曲形的敛散喷嘴6。此曲形的敛散喷嘴6在 图3的B-B截面图上显示为一个圆圈。曲形的敛散喷嘴6的B-B截面也可 具有不相等的主轴，以形成一个椭圆形。曲形的敛散喷嘴6的B-B截面可 以形成任意的封闭几何形状。如图3所示，此敛散喷嘴6的轴线和喷射流 S8可与含碳物质进料导管23的轴线平行。敛散喷嘴6的轴线更倾向于产生 与流向喷枪1远端4的含碳物质流相交的喷射流S8。
如图3的B-B'截面图所示，喷枪还可以安装有离散的敛散喷嘴的阵列。 如图3的B-B'截面图所示，这些收敛喷嘴可能等间距地排列在一个圆圈的 圆周上，或以其他的排列方式分布。这些离散的敛散喷嘴的轴线安置在能 最大化地传导机械能和热能到含碳物质流S9上的地方。可使用曲线形、离 散的敛散喷嘴的任意组合或排列。喷射流S8的温度优选在50(TC到250(TC 范围内，更优选在60(TC到200(TC范围内，最优选在70(TC到150(TC的范 围内。喷射流的速率优选大于500米/秒，更优选大于1000米/秒，最优选 大于1500米/秒。装置24用来使喷枪固定在反应容器25上。
显然，有很多其他的喷枪机械设计，能够产生热的高速气流S8来快速 加热含碳流S9。人们也可以改进喷枪的尺寸。例如，可以在燃烧室中不变的气体停留时间下，通过增加喷枪的直径对长度之比，降低燃烧室的表面 积对体积之比，并降低向喷枪外腔2和内腔1的热传递。也可以用基本不
同的喷枪构造来产生S8和S9物流。例如，可以利用圆柱形的燃烧室，而 不是图3所示的环形燃烧室，来进一步降低向含碳进料Sl的热传递速率。 此发明的范围包括能产生环形的热的高速气体喷射流从而快速加热其中央 的含碳流的任何装置。 '
喷枪冷却剂进料S4提供对喷枪外腔1和内腔2的冷却。冷却剂S4的 进料速率也影响喷射流S8的热能和机械能含量。图4总结了冷却剂S4对 氧化剂进料S3的比例变化所带来的典型影响。增加冷却剂S4对氧化剂进 料S3的比例，可以减少从环形燃烧室5到喷枪外腔1和内腔2的热传递， 增强喷枪外腔1和内腔2的冷却，并且增加喷射流S8的机械能。图5显示， 要达到上述优势需要更高的氧气和燃料进料速率。可以通过对喷枪外腔1 增设外部冷却，来增加喷枪的操作条件范围。
图6是闪热裂系统30的简化工艺流程图，此系统利用热的高速气流 S8(见图3)将物流S1中的液态含碳物质转化成蒸馏物。最具商业重要性的 液态含碳流是沥青和重原油。目前，这些含碳物质通常通过焦化或残油加 氢裂解单元操作部分地转化为蒸馏物。残油加氢裂解产生高质量的液态产 物，但是相对而言非常的昂贵。另一方面，焦化是一个更加经济的单元操 作，但生成蒸馏物的产率较低并生成麻烦的石油焦炭副产物。闪热裂系统 利用高温和短的接触时间，来经济地生成轻油产物S16和重油产物S13， 它们可以在石油精炼加工厂的精炼器中被进一步提炼生成合成粗产品，或 进一步提炼生成可售的石油产品。
闪热裂系统30使用喷枪I，反应器25和骤冷区26来获得高温和短停 留时间的热裂解操作条件。反应器25优选是难熔材料26衬里，以防止圆 柱形壁墙过热。反应器的高度与直径之比优选大于1 : 1，更优选大于5:， 最优选大于10 : 1。反应器25优选具有圆柱状截面。
反应器的操作温度优选在5CKTC到IOO(TC范围内，更优选在55(TC到 卯(TC范围内，最优选在60(TC到80(TC范围内。反应器25的操作压力优选 在0.2到6巴绝对压力范围内，更优选在I到5巴绝对压力范围内，最优选
15在2到3巴绝对压力范围内。喷枪1中燃烧室5的绝对压力与反应器25的 压力之比优选在2 : 1禾B 20 : 1之间，更优选在2 : 1禾tU0 : 1之间，最优 选在3: l和5: 1之间。反应器操作时的水蒸汽分压优选大于0.1巴，更 优选大于0.5巴，最优选大于1巴。水蒸汽在热解反应器25中有两个功能。 第一，水蒸汽可以通过终止自由基聚合反应来减慢焦化速率。第二，水蒸 汽可以通过一个在热解反应器操作条件下建立的反应[2H20(g)+C—C02(g) +4&(力]除去热解反应器壁上的烟灰-。 ''
限制反应器25中的停留时间，以保证进料Sl中标准沸点由大于524°C 转化为小于524'C的那些物质的质量分数优选在0.5到0.95范围内，更优选 在0.6到0.9范围内，最优选在0.7到0.85范围内。图2提供指导，针对典 型的阿萨巴斯卡(Athabasca)沥青含碳进料所需的停留时间。 一 旦达到所需 的停留时间，冷却油流Sll就被用来将热解反应器25的产物流S10快速冷 却到425。C至20(TC之间，更优选到40(TC至250'C之间，最优选到375°。至 30(TC之间。较高的冷却温度有利于在下游设备中生成焦炭。而较低的冷却 温度降低了重油中焦炭前体的溶解度。冷却油进料Sll的加压雾化，可有 利地用来增加冷却油Sll和热解反应器产物流S10之间的界面面积。具有 较低沸点的冷却液Sll的吸热汽化可用来进一步增加物流SIO的冷却速率。
常规的相分离器27被用来移走生成的重油S13。保留下来的气态产物 S12可被有利地用来生产喷枪1中使用的冷却剂流S4和排出蒸汽S15。水 雾生成器29可有利地用来改善喷枪内腔2中的温度控制性能。重油S13中 未转化的残留物料的一部分，可有利地再循环到含碳进料S1中。此未转化 的残余物料的平衡，可通过运用标准部分氧化技术和纯化技术，有利地产 生氢气，来精炼蒸馏物产品。
通过对液态含碳物质Sl的氢化或向Sl进料中加入氢供体溶剂，可增 加最大可获得的蒸馏物产率。当含碳进料是固体如煤时，加入相当多的氢 气是获得有商业吸引力的蒸馏物产率的必需条件。图-7是将粉状煤S17转 化为蒸馏产物S26的过程的方块流程图。基本方法就是将来源于工艺的残 油氢供体溶剂S18加入粉状煤进料S17中，形成用于闪热裂系统30的进料 Sl。图3的喷枪设计概念和图6的闪热裂系统30也适合处理固态的含碳物质。具有中等分子量的相关脂族反溶剂S23，在常规固-液分离设备32中， 被用来除去闪热裂系统30产生的重油产物S22中的灰和焦炭。将此固-液 分离设备的溢流24、闪热裂系统30产生的轻油S21引入蒸馏系统33中， 以产生燃料气体、再循环反溶剂油S23、蒸馏产物S26和残余油S27。将从 固-液分离器中得到的富含焦炭和灰分的下溢流S25引入焦炭汽化步骤35， 以产生提供给氢化步骤34的氢气28，以及提供给闪热裂系统30中喷枪1 的补充燃料气体20。氢化步骤34增加了芳族残油S27中的oc-H含量，以 产生可有效再循环的氢供体溶剂S18。此再循环氢供体溶剂Si8促进了粉 状煤进料S17的液化。
实施例
表1总结了真空沥青残油进料的性质。下面的表2显示了在闪热裂系 统中每天处理表2中的10000桶沥青的组份物料平衡。
17<formula>formula see original document page 18</formula>表-2(续表)蒸汽 u1213 141516
T('C) !00350350 50215225
P(巴) 2.02.02.0 21.020.02.0
相 液态气态液态 液态飞态气-液
能量(MJ/hr)
热能 120993-27133248314 -853727-320389-416158
动力学-厶匕-- ---
月匕 物质OCg/hr)
CH4 --一 ---
CO --- -」
C02 -19096.9- --19096.9
H --- ---
H2 -166.6- -166.6
H20(1)--- 54337.9-
H20(v)-43925.2- 一24558.143925.2
HO --- ---
02 --- ---
馏分1 -0.11684.9 -0.1
馏分2308.41518.7 -308,4
馏分3 225845.6206520.951668.9 -206520.9
馏分4 -34188.839.9 -一—
总和 225845.6304206.854912.4 54337.92455S.1304206.8
该实施例选择了一种操作条件，能使占进料85重量％的标准沸点大于 525。C的物质转化成标准沸点小于525。C的物质，同时产物中的甲苯不溶性 物含量与进料中的甲苯不溶性物含量相等。作为对照，高性能焦化工艺可 产生大于或等于占表1所示的残油进料量25重量％的焦炭产率。精炼单元 操作的空间效率一般用液体时空速率表示，即每小时处理的油的体积对反 应器容积的比值。在该实施例中，闪热裂反应器的空间速率是6.4小时"， 比常规的热裂解或焦化工艺要大得多。从闪热裂反应器得到的未转化的残 余油，可使用标准部分氧化技术和纯化技术，有利地用来产生氢气，以精 炼蒸馏产物。处理液体含碳进料的部分氧化设备与相应的处理固体含碳进 料的设备相比，要更加节约成本并且更方便。
虽然根据以上具体实施方式
对本发明进行了描述，但是显然本发明的各种其它形式和改进对本领域技术人员是显而易见的。本发明的所附权利 要求应理解为覆盖所有这些在本发明的精神和范围内的显而易见的形式和 改进。
权利要求
1. 一种将含碳进料转化为具有更低的标准沸点的含碳物质的方法，该方法包括以下步骤a)在升高的压力下生成热气体；b)将所述高压下的热气体转化为低压力下的热的高速气体喷射流或喷射流阵列；c)将含碳进料引入到热的高速喷射流或喷射流阵列的中央，以快速加热所述含碳进料；d)提供充足的停留时间，以实现所述含碳进料转化为沸点更低的物质的所需的转化率；和e)快速冷却含有更低沸点物质的反应产物。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述含碳进料包含标准沸 点高于524。C的组分。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述含碳进料主要选自 重原油，石油残油，石油焦油，煤焦油，沥青，煤，油页岩和它们的混合 物。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述具有更低标准沸点的 含碳物质主要选自蒸馏物。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热的高速气流在500°C 至2500°。之间。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述喷射流或喷射流阵列 由喷枪产生。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述充足的停留时间足以 将约0.5-0.95质量分数的残余重油进料转化为蒸馏物。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述反应产物通过蒸馏的 含碳物质、水、水蒸汽或它们的混合物快速冷却。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述反应产物被冷却到低于约40(TC的温度。
10. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述热的高速气体的速 度大于500米/秒。
11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述热气体通过燃料与 高纯氧气燃烧产生。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述高纯氧气包含大于 70摩尔％的氧气。
13. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述热气体与所述反应 产物的压力之比在20 : 1至2 : 1之间。
14. 一种热解方法，用于将具有第一沸点的含碳进料转化为具有第二 更低标准沸点的含碳物质，该方法包括以下步骤a) 将所述含碳进料加热到所需的反应温度；b) 将步骤a)中产生的反应产物冷却；和c) 回收所述反应产物。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述加热过程由热的高 速喷射流或喷射流阵列提供。
16. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含碳进料包含标准 沸点高于524t:的组分。
17. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含碳进料主要选自 重原油，石油残油，石油焦油，煤焦油，沥青，煤，油页岩和它们的混合 物。
18. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述具有更低标准沸点的含碳物质主要选自蒸馏物。
19. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述热的高速气流在 500。C至250(TC之间。
20. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述喷射流或喷射流阵 列由喷枪产生。
21. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述反应产物通过蒸馏的含碳物质、水、水蒸汽或它们的混合物快速冷却。
22. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述热的高速气体的速 度大于500米/秒。
23. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述热气体由燃料与高纯氧气燃烧产生。
24. 如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述高纯氧气包含大于 70摩尔％的氧气。
25. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述充足的停留时间允 许在步骤a)后，使约0.5-0.95质量分数的残余重油进料转化为蒸馏物。
26. —种将具有第一标准沸点的含碳进料转化成具有第二更低标准沸 点的含碳物质的方法，该方法包括将高速热气流引向所述含碳进料，冷 却通过加热所述含碳进料得到的反应产物，以及回收所述反应产物。
27. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述含碳进料包含标准 沸点高于524-C的组分。
28. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述含碳进料主要选自 重原油，石油残油，石油焦油，煤焦油，沥青，煤，油页岩和它们的混合 物。
29. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述具有更低标准沸点 的含碳物质主要选自蒸馏物。
30. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述热的高速气体喷射 流在50(TC至250(TC之间。
31. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述热量由喷射流或喷 射流阵列提供。
32. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述喷射流或喷射流阵 列由喷枪产生。
33. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述反应产物通过蒸馏 的含碳物质、水、水蒸汽或它们的混合物快速冷却。
34. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述热的高速气体的速度大于500米/秒。
35. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述热气体由燃料与高 纯氧气燃烧产生。
36. 如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述高纯氧气包含大于 70摩尔％的氧气。
37. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述充足的停留时间允 许在步骤a)后，使约0.5-0.95质量分数的残余重油进料转化为蒸馏物。
全文摘要
揭示了将含碳物质热解为具有更低沸点的含碳物质的方法，该方法将含碳物质加热到所需的反应温度，并保持含碳物料与热能接触足够长时间，来实现所需的反应，以生成具有更低沸点的含碳物质，然后快速冷却所需的反应产物。热源是可以向待加热的含碳物质提供热的高速气流的一种喷射流。
文档编号C10G9/00GK101454425SQ200780019102
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月22日 优先权日2006年5月26日
发明者D·P·萨切尔 申请人:琳德股份有限公司