一种快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置及方法。本发明的所述装置包括轻烃回收段、加氢反应段，轻烃回收段包括外管、中间锥体、压力恢复段，且外管包括前端部和后端部，中间锥体全部位于外管中，具有依次连接的锥体底部、锥体本体、延长管，沿锥体本体的径向均匀分布6～10个导向叶片，导向叶片与中间锥体的轴向之间的夹角为30°～60°，压力恢复段与延长管和外管后端部连接；加氢反应段包括原料油入口、氢气入口、产品油出口、出气口，出气口与外管前端部耦合。本发明能够利用煤焦油加氢裂化反应产生的裂解气体本身的温度和压力，在装置出口回收裂解气体中的轻烃，不需要额外补充能量，操作简便，轻烃回收效率高。
【专利说明】
一种快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及劣质油品加工技术领域，尤其涉及一种快速回收轻烃的煤焦油加氢反 应装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的迅速发展，在相当长的时期内，我国对化石能源的需求将会日益 增加。而我国"富煤、贫油、少气"的能源格局，决定了煤炭在能源战略中的主导地位，煤炭的 清洁高效利用直接关系着国民经济的可持续发展。当前，我国石油对外依存度已近60%，通 过煤炭生产清洁燃料是降低石油对外依存度的有效途径。在煤的炼焦及煤炭分质分级利用 过程中会产生较多的煤焦油，对其进行深加工是生产清洁燃料的一种重要方式。
[0003] 根据煤干馏温度的不同，煤焦油可分为低温焦油（450~650Γ)、中低温焦油（600 ~800°C )、中温焦油（700~900°C)以及高温焦油(900~1000°C)。煤焦油与常规石油有较大 不同，随着处理温度的升高，煤焦油中的芳烃、胶质、沥青质以及杂原子(硫、氮、氧、金属)含 量增加。煤焦油只有很少一部分被深加工利用，大部分作为燃料直接燃烧，不仅造成环境污 染而且也是一种极大的资源浪费。随着环保法规的日益严苛和车用燃料需求的增加，通过 加氢技术利用煤焦油生产轻质燃料日益受到人们的关注。
[0004] 针对上述存在的问题，现有技术一提出了一种煤焦油加氢改质生产燃料油的方 法，将预处理全馏分煤焦油与稀释油按比例混合后，依次经过装有加氢保护剂、预加氢催化 剂的浅度加氢单元和装有主加氢催化剂的深度加氢单元，最终获得轻质油品。该方法所用 稀释油来源于石油全馏分油、石油直馏馏分油或者煤焦油加氢生成油等，防结焦效果有限， 煤焦油中重质组分转化率低。并且稀释油的引入既增加了原料成本，又降低了焦油处理量， 从而影响焦油的处理效率。
[0005] 现有技术二提出了一种重、渣油经悬浮床加氢裂解为轻质产品的方法。该方法选 用加氢处理后的柴油馏分（170~350°C)作为供氢剂循环回悬浮床加氢反应器。该方法与加 入稀释剂的方法类似，且加氢柴油循环量较大，并且在处理过程中降低了装置的处理效率。
[0006] 现有技术三中选用四氢萘或十氢萘作为供氢剂，与煤焦油按一定比例混合进行加 氢反应，其中供氢剂需在超临界状态或接近超临界状态下参与反应，来降低结焦率。在反应 体系中加入水，高温、高压条件下水可与生成的焦炭反应产生氢气，从而恢复供氢剂的供氢 能力。该方法需要添加供氢剂，且供氢剂供氢能力的恢复程度不能保证，需不断补加新鲜供 氢剂，而供氢剂价格相对较高，导致处理成本较高。
【发明内容】
[0007] 鉴于现有技术存在的问题，本发明旨在实现对煤焦油进行加氢处理，并快速回收 加氢反应生成的轻烃产物。本发明中可在不向装置中补充能量的条件下完成轻烃的回收， 且回收效率较高，操作简便。
[0008] 本发明公开了一种快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置，包括轻烃回收段、加氢 反应段；
[0009] 所述轻烃回收段包括外管、中间锥体、压力恢复段，其中，所述外管包括前端部和 后端部；
[0010] 所述中间锥体全部位于所述外管中，具有依次连接的锥体底部、锥体本体、延长 管;沿所述锥体本体的径向均匀分布6~10个导向叶片，所述导向叶片与所述中间锥体的轴 向之间的夹角为30°~60°，所述压力恢复段与所述延长管和所述外管后端部连接；
[0011] 所述加氢反应段包括原料油入口、氢气入口、产品油出口、出气口；
[0012] 所述出气口与所述外管前端部耦合。
[0013] 进一步的，所述外管包括前段、中段、后段，所述前段的尺寸大于所述后段的尺寸， 所述中段为连接所述前段和后段的锥形管。
[0014] 进一步的，所述外管后段设置有轻烃出口，且所述轻烃出口靠近所述压力恢复段。
[0015] 上述快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置中，所述外管后段内径与所述外管前段 内径的比为1:2~4;所述外管长度与所述外管前段内径的比为5~12:1;所述锥形管与所述 外管前段的夹角为110°~160°。
[0016] 上述快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置中，所述导向叶片的高度与所述外管前 段内径的比为0.1~0.3:1;所述导向叶片的长度与所述锥形管的轴向长度比为1:2~5。
[0017] 上述快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置中，所述压力恢复段长度与所述外管前 段内径的比为0.5~1:1。
[0018] 上述快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置中，所述中间锥体的锥体本体部分或全 部位于所述锥形管中，并与其缩进方向一致;所述延长管全部或部分位于所述外管后段。
[0019] 上述快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置中，所述锥体底部为半球形，且直径与 所述外管前段内径的比为0.6~0.8:1;所述延长管外径与所述外管后段内径的比为1:5~ 8〇
[0020] 本发明还公开了一种利用上述快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置进行轻烃回 收的方法，包括以下步骤：
[0021 ]煤焦油在所述加氢反应段发生加氢裂化反应，产生裂解气体；
[0022] 将所述裂解气体由所述出气口经由所述外管前段运送至所述轻烃回收段；
[0023] 所述裂解气体中的轻烃类物质形成液滴，通过所述轻烃出口流出。
[0024]上述进行轻烃回收的方法中，所述裂解气体在所述延长管段速度为大于340m/s， 压力为50~60kPa，温度为-253~-243°C。
[0025] 本发明的装置可完成煤焦油的加氢裂化反应，并且实现轻烃的回收。其中的轻烃 回收段能够利用裂解气体本身的温度和压力，在其中的中间锥体和导向叶片的作用下，将 裂解气体的压力能和内能转化为动能。在延长管段，气体的速度可以达到超音速，并通过导 向叶片作用产生的离心力，使得裂解气体中的轻烃组分凝结成液滴并甩在外管管壁上，由 轻烃出口流出。通过该轻烃回收段，裂解气体的压力可降低50%。在轻烃回收过程中，不需 要向装置中额外补充能量，轻烃回收效率高。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明中快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置示意图。
[0027]图2是本发明中轻烃回收段示意图。
[0028]附图中的附图标记如下：
[0029] I-加氢反应段；Π -轻烃回收段；
[0030] 1-原料油入口；2-氢气入口；3-产品油出口；4-出气口；
[0031] 5-外管;6-中间锥体;7-压力恢复段；
[0032] 8-前段;9-锥形管；10-后段；
[0033] 11-轻烃出口；
[0034] 12-锥体底部；13-锥体本体;14-延长管；
[0035] 15-导向叶片。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】进行更加详细的说明，以便能 够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的【具体实施方式】和实 施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
[0037] 如图1所示，本发明的快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置包括两个部分:加氢反 应段I和轻烃回收段Π ，在加氢反应段I中实现煤焦油的加氢裂化反应，在轻烃回收段Π 中 实现轻烃的快速分离回收。
[0038] ⑴由图1可见，加氢反应段I为一立式反应器，底部和顶部为半球形，中部为连接底 部和顶部的圆柱形，其包括:原料油入口 1、氢气入口 2、产品油出口 3、出气口 4。
[0039] 原料油入口 1设置在中部的上端，氢气入口 2设置在中部的底端，产品油出口 3设置 在中部的下端，靠近氢气入口2,出气口4设置在顶部半球形的顶端，呈凸出状。
[0040] 由图2所示，为轻烃回收段Π 的结构示意图，包括三个部分:外管5、中间锥体6、压 力恢复段7，下面分别对所述三个部分的结构及其关系进行描述：
[0041] ①外管5具有前段8、锥形管9(中段）、后段10,其中前段8和后段10均为直管，且由 图2可见，前段8的直径大于后端10的直径，锥形管9为连接前段8和后段10的锥形管。
[0042]为了更加清楚的描述该发明的【具体实施方式】，特将上述外管5的两端命名为前端 部和后端部，其中前端部位于前段8的末端，后端部位于后段10的末端。
[0043] ②中间锥体6由依次连接的锥体底部12、锥体本体13、延长管14构成，其中锥体底 部12为圆锥体的半球形底部，而锥体本体13为圆锥体本体，延长管14为一直管。
[0044] 中间锥体6全部固定在外管5之中，其锥体本体13的一部分位于锥形管9中，另一部 分位于前段8中，并且与锥形管9的缩进方向一致。在锥体本体13的径向上，靠近锥体底部12 的位置均匀分布有导向叶片15。
[0045] 延长管14全部位于后段10中。
[0046] 本发明中，中间锥体6与外管5之间的其他实施方式，还包括：
[0047] i锥体本体13全部位于锥形管9中，并且与锥形管9的缩进方向一致。
[0048]延长管14全部位于后段10中。
[0049] ?锥体本体13全部位于锥形管9中，并且与锥形管9的缩进方向一致。
[0050] 延长管14 一部分位于后段10中，另一部分位于锥形管9中。
[00511 m锥体本体13的一部分位于锥形管9中，另一部分位于前段8中，并且与锥形管9的 缩进方向一致。
[0052] 延长管14 一部分位于后段10中，另一部分位于锥形管9中。
[0053]③压力恢复段7与延长管14和外管5的后段10连接。
[0054] 在外管4的后段10上设置有轻烃出口 12，且轻烃出口 12靠近压力恢复段7。
[0055] 加氢反应段I的出气口4与轻烃回收段Π 的外管5前端部耦合，使得加氢反应段I中 煤焦油加氢裂化产生的裂解气体，能够进入轻烃回收段Π 中完成轻烃的回收。
[0056] ⑵以下描述为轻烃回收段Π 中各原件的设计比例。
[0057]外管5的长度与前段8的内径比为5~12:1，且后段10的内径与前段8的内径比为1: 2~4,锥形管9与前段8的轴向之间的夹角为110°~160°，该夹角即为外管前段直行段与锥 形管所形成的内角。
[0058]中间锥体6的延长管14的外径与后段10的内径比为1:5~8。
[0059]中间锥体6的锥体本体13的顶角范围为30°~60°，锥体底部12的形状为半球形，该 半球形底部的直径与前段8的内径比为0.6~0.8:1。
[0060] 导向叶片15沿锥体本体13的径向均匀分布6~10个，且导向叶片15与中间锥体6的 轴向之间的夹角为30°~60°。
[0061] 导向叶片15的高度与前段8的内径比为0.1~0.3:1，导向叶片15的长度与锥形管9 的轴向长度比为1:2~5。
[0062]压力恢复段7的长度与前段8的内径比为0.5~1:1。
[0063] ⑶利用本发明的装置进行煤焦油加氢反应并回收其中轻烃的方法，包括以下步 骤：
[0064] 步骤A，煤焦油加氢裂化:经由加氢反应段I的原料油入口 1向装置中加入煤焦油， 并由氢气入口 2加入氢气，在加氢反应段I进行煤焦油的加氢裂化反应，产生的油品由产品 油出口3排出，产生的裂解气体由出气口4运送至轻烃回收段Π 中。
[0065] 上述步骤中，氢气入口 2处的压力为10~24MPa，加氢反应段I中的反应温度为380 ~460°C，裂解气体在出气口 4处运送至轻烃回收段Π 中时的温度为360~420°C。
[0066] 步骤B，轻烃回收:裂解气体进入轻烃回收段Π 的外管5中，在中间锥体6的作用下， 由于内径变小对裂解气体产生节流，导致裂解气体的速度提高成为高速气体。高速气体在 导向叶片15的作用下产生离心力，经过锥体本体13和延长管14时继续加速。在延长管14,裂 解气体的速度可达到超音速，即大于340m/s，压力降低至50~60kPa，离心力达到10万G以 上，温度降低至-253~-243°C。
[0067] 在外管5的后段10,裂解气体中的轻烃类物质会冷凝形成液滴，在离心力的作用下 被甩在后段10的管壁上，然后通过轻烃出口 11流出轻烃回收段Π ，在轻烃出口 11处轻烃的 温度为-240~-160°C。
[0068] 残余裂解气体通过压力恢复段7,压力升高至3~8MPa，温度升高至80~150°C。
[0069] 在轻烃回收段Π ，裂解气体的压力能和内能可转换为动能，速度最高可达到3~ 5Ma(Ma为速度单位马赫，指的是速度与当地音速的比值）。经过轻烃回收段Π 之后，裂解气 体的压力可降低40 %~70 %。
[0070] 实施例1
[0071] 氢气入口压力为lOMPa，加氢反应段反应温度为400°C，裂解气体在出气口处温度 为380°C。残余裂解气体通过压力恢复段压力升高至5MPa，温度升高至120°C。轻烃出口处轻 烃温度为-180 °C，C2+组分由轻烃出口流出。
[0072] 其中轻烃回收段设计比例如下：中间椎体的半球形底部直径与外管前段内径的比 例为0.8:1;锥体本体的顶角角度为:30° ;锥形管与外管前段夹角为：140° ;外管后段内径与 外管前段内径比例为：1:4,外管长度与外管前段内径比例为:9:1;延长管外径与外管后段 的比为1:5;中间椎体的锥体本体径向均匀分布有6个导向叶片；导向叶片的长度与锥形管 的轴向长度比为1:3;导向叶片的高度与外管前段内径的比例为0.1:1;导向叶片与中间椎 体的轴向之间的夹角为30° ;压力恢复段长度与外管前段内径的比为0.6:1。
[0073] 经加氢裂化反应之后，检测轻烃出口处的组成如表1所示。
[0074] 表 1
[0076] 实施例2
[0077] 氢气入口压力为20MPa，加氢反应段反应温度为400°C，裂解气体在出气口处温度 为380°C。残余裂解气体通过压力恢复段压力升高至8MPa，温度升高至120°C。轻烃出口处轻 烃温度为-205 °C，C2+组分由轻烃出口流出。
[0078] 其中轻烃回收段设计比例如下：中间椎体的半球形底部直径与外管前段内径的比 例为0.8:1;锥体本体的顶角角度为:60° ;锥形管与外管前段夹角为：140° ;外管后段内径与 外管前段内径比例为：1:5,外管长度与外管前段内径比例为：10:1;延长管外径与外管后段 的比为1:6;中间椎体的锥体本体径向均匀分布有8个导向叶片；导向叶片的长度与锥形管 的轴向长度比为1:3;导向叶片的高度与外管前段内径的比例为0.15:1;导向叶片与中间椎 体的轴向之间的夹角为45° ;压力恢复段长度与外管前段内径的比为1: 1。
[0079] 经加氢裂化反应之后，检测轻烃出口处的组成如表2所示
[0080] 表 2
[0082]由表1和表2可见，本发明的装置和方法可有效回收裂解气体中的C2+组分，并且随 着压损的增大(此处的压损指入口压力与压力恢复段处压力的差值与入口压力的比值），轻 烃组分中C2的比例增大。
[0083]需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本 发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对 本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指 外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的 全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
【主权项】
1. 一种快速回收轻烃的煤焦油加氢反应装置，包括轻烃回收段、加氢反应段； 所述轻烃回收段包括外管、中间锥体、压力恢复段，其中，所述外管包括前端部和后端 部； 所述中间锥体全部位于所述外管中，具有依次连接的锥体底部、锥体本体、延长管;沿 所述锥体本体的径向均匀分布6~10个导向叶片，所述导向叶片与所述中间锥体的轴向之 间的夹角为30°~60°，所述压力恢复段与所述延长管和所述外管后端部连接； 所述加氢反应段包括原料油入口、氢气入口、产品油出口、出气口； 所述出气口与所述外管前端部耦合。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外管包括前段、中段、后段，所述前段 的尺寸大于所述后段的尺寸，所述中段为连接所述前段和后段的锥形管。3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外管后段设置有轻烃出口，且所述轻 烃出口靠近所述压力恢复段。4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外管后段内径与所述外管前段内径的 比为1:2~4;所述外管长度与所述外管前段内径的比为5~12:1;所述锥形管与所述外管前 段的夹角为110°~160°。5. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导向叶片的高度与所述外管前段内径 的比为0.1~0.3:1;所述导向叶片的长度与所述锥形管的轴向长度比为1:2~5。6. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力恢复段长度与所述外管前段内径 的比为0.5~1:1。7. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述中间锥体的锥体本体部分或全部位于 所述锥形管中，并与其缩进方向一致;所述延长管全部或部分位于所述外管后段。8. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述锥体底部为半球形，且直径与所述外 管前段内径的比为0.6~0.8:1;所述延长管外径与所述外管后段内径的比为1:5~8。9. 一种利用权利要求1-8之一所述装置回收煤焦油中轻烃的方法，包括以下步骤： 煤焦油在所述加氢反应段发生加氢裂化反应，产生裂解气体； 将所述裂解气体由所述出气口经由所述外管前段运送至所述轻烃回收段； 所述裂解气体中的轻烃类物质形成液滴，通过所述轻烃出口流出。10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述裂解气体在所述延长管段速度为大 于340m/s，压力为 5〇~6〇kPa，温度为_253~-243°C。
【文档编号】C10G47/00GK106047406SQ201610552334
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】闫琛洋, 朱元宝, 徐梅梅, 杜少春, 史雪君, 吴道洪
【申请人】北京华福工程有限公司