双壁反应器中的重油改质方法技术

一种使用双壁反应器降低烃改质反应期间的焦炭形成的方法，该方法包括以下步骤：将经加热的进料水供至双壁反应器的壳程空间以产生传热流，双壁反应器包括：外壁和内壁、反应部分空间、构造为加热传热流的加热元件，其中热量从传热流传递到反应部分空间；将离开双壁反应器的热水回路供给通过过滤器；将经过滤的水流与经加热的烃原料混合；将混合流以与传热流呈逆流的流动构造的形式供给至反应部分空间；使反应流动流在反应温度下发生反应，其中转移到反应部分空间的热量能够有效地将反应温度维持为高于水的临界温度。

Heavy oil upgrading method in double wall reactor

Methods during hydrocarbon modifying reaction of coke formation reduced using a double walled reactor, the method comprises the following steps: heating the feed water supplied to the double wall reactor shell space to generate heat, double walled reactor includes: the inner and outer walls, space, structure for heating reaction the heating elements heat, the heat from the heat transfer to the space part of the reaction; hot water supply loop will leave the double wall reactor will be filtered through the filter; water and heated hydrocarbon raw material mixing; mixed flow and heat transfer in the form of a supply to the reaction space upstream of the flow structure; the reaction flow reaction in the reaction temperature, the reaction heat transfer to the space can effectively maintain the reaction temperature above the critical temperature of water.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双壁反应器中的重油改质方法
本专利技术涉及用于在重油改质期间减少焦炭形成的方法和装置。更具体而言，本专利技术涉及用于在双壁反应器中使用超临界水以减少焦炭形成从而改质重油的方法和装置。
技术介绍
人们对汽油和柴油的需求增加，这需要更多的可以混合到汽油和柴油库(pool)中的轻质和中间馏出物的石油产物。然而，目前可获得的烃资源通常包括原油和其他重馏分及重馏分馏出物，它们都需要精炼方法以产生所需产物。常规精炼方法借助于热能、催化剂和氢气而将重油改质成轻质和中间馏出物产物。代表性的常规方法包括催化加氢处理和焦化方法。诸如加氢裂化等的催化加氢处理生产了清洁的汽油和柴油产物，其中使诸如硫之类的杂质变得最少，但产物的高品质需要消耗大量的氢气来进行生产。不使用催化剂和氢气的焦化方法利用热裂解反应而将重油改质成气体、轻馏分和中间馏分，但也产生大量的低经济价值的副产物，例如固化焦。改质重油的第三种选择是使用超临界水。低介电常数使超临界水成为有机化合物的良好的溶剂。超临界水已被用作诸如氧化等某些化学反应以及改质烃的反应介质。超临界水是一种良好的用于改质的反应介质，这是因为氢可以从水中转移到烃中。因此，不需要大量的氢气供应。超临界水用作稀释烃的稀释剂。在使用超临界水改质重油时，如在热裂解中，由于化学键断裂而产生自由基。分子重排遵循自由基的扩增，其包括裂解、二聚和低聚。然而，与单独的热裂解不同，超临界水中的改质反应降低了自由基被低聚的机会，这是因为超临界水起着限制自由基的“笼”的作用。通过笼效应(即，一个或多个水分子围绕自由基，然后防止自由基相互作用的条件)，自由基被超临界水稳定。据认为，自由基的稳定有助于防止自由基间的缩合，从而在本专利技术中减少总的焦炭产量。例如，焦炭产生可为自由基间缩合所导致的结果。焦炭或石油焦炭是在改质反应中形成的固体材料。该固体材料可与液体产物一起离开反应器，但是通常会以层的形式残留在反应器和工艺管线的内表面上。为了成为有用的产物，焦炭需要进一步被处理，因此对于改质烃来说，其被认为是不太有价值的副产物。焦化是改质反应中的重要问题。焦化在高温下增加。虽然焦化发生的程度很难预测，但已知高于400℃的温度足以形成焦炭。焦化在较高温度下加速的一个原因是因为在较高温度下加速了自由基的形成。更多的自由基会导致更多的低聚反应，这增加了分子缩合反应或焦炭形成。过热点会促使改质反应器中发生焦化。反应器壁等金属表面上的局部加热会导致过热点的产生。通常，局部加热由诸如火焰、电加热器等直接热源的不规则或不均匀分布、金属表面上的绝缘体的形成、或者金属表面上的不规则流体分布而引起。在金属表面上的不规则流体分布的实例是工艺流体在管式反应器中的流动受到阻塞(stoppage)。因此，加热炉或加热器必须设计成使得整个反应器壁的温度均匀分布。一种设计特征是使用传热材料涂覆反应器的表面以提供更好的热分布，但是这种传热材料的使用期限通常较短并且其更换价格高昂。第二种设计选择是确保工艺流体以高的表观速度通过反应器。高的表观速度可以改善温度分布。然而，在一些情况下，高的表观速度的设计需要反应器管具有高的长径比，由于反应器管的材料重量从而会导致反应器的成本增加。任何设计都应具有敏感的仪器来监测整个反应器的温度以防止过热点的形成。然而，即使具有精密的设计和仪器，在直接加热系统中，过热点仍然是无法避免的。最多也只是希望反应器设计能尽可能地减少过热点的数量和强度。过热点会促使焦化发生，这是因为过热点会引起反应器中流体的局部过度加热。过度加热会导致反应器内壁上形成局部焦炭。一旦在内壁上形成焦炭，则过热点的尺寸和强度可能都会增加，从而导致更多的焦炭形成。此外，焦炭形成阻碍了反应器中温度的精确测定。改质过程中的焦炭形成限制了改质过程的功能。改质期间焦炭形成的减少将导致液态烃产物的产量增加。焦炭形成限制了石油在反应器中的运转时间或停留时间。较短的停留时间会导致改质效率降低。焦炭堵塞工艺管线，从而导致工艺管线和反应器的压力增加。如果压力增加到某一点以上，则必须关闭整个工艺，以便可以除去焦炭。否则压力积聚可能会导致工厂设备的机械故障。焦炭形成是精炼过程非计划停机的常见原因之一。与纯粹的热过程相比，超临界水减少了焦炭形成。然而，超临界水所实现的焦化抑制程度取决于重油的类型。甚至，超临界水在防止焦炭形成方面会受到限制，这是因为分子、特别是重分子由于其低溶解性而不易溶解在超临界水中，因此，诸如沥青烯等较大的分子可以通过自由基介导的反应而容易地转化为焦炭。此外，较高温度下的超临界水具有比重油更低的密度，并且在超临界压力下随着温度的升高，该密度变化更快。在25MPa下，400℃的水的密度为166.54kg/m3，而450℃的水的密度为108.98kg/m3。重油和超临界水的密度的相对差异会导致反应器底部或壁上的重分子沉降，其中这种分离的重分子起到了焦炭形成的前驱体的作用。即使在超临界水反应器中，重分子的聚集也可能会导致焦炭形成，并且焦炭可能会导致形成过热点。减少或防止形成过热点的超临界水方法将是有利的。与常规超临界水方法相比，减少焦炭形成并提高操作稳定性的超临界水方法将是有利的。
技术实现思路
本专利技术提供采用超临界水改质烃原料的方法和装置，其中该改质方法特别排除了水热催化剂的使用或外部供应氢气的使用。在本专利技术的第一方面，提供了使用双壁反应器从而在烃改质反应期间减少焦炭形成的方法。该方法包括将经加热的进料水供应至双壁反应器的壳程空间(shell-sidevolume)以产生传热流的步骤。双壁反应器包括：外壁和内壁，该外壁和该内壁限定了设置在它们之间的壳程空间；由内壁限定的反应部分空间；加热元件，该加热元件与外壁相邻，其中所述加热元件被构造为加热传热流以产生热水回路，使得传热流高于水的临界温度，其中热量从传热流通过内壁传递到反应部分空间，其中热水回路离开壳程空间，其中该传热流的温度高于水的临界温度，并且传热流的压力大于水的临界压力。该方法还包括以下步骤：通过过滤器供应离开双壁反应器的壳程空间的热水回路，过滤器被构造为去除微粒以形成经过滤的水流；将该经过滤的水流与经加热的烃原料在混合器中混合以产生混合流，其中经加热的烃原料的压力大于水的临界压力，并且其温度大于50℃；在与传热流逆流的流动构造中，将混合流供应至双壁反应器的反应部分空间以产生反应流动流；使反应流动流在反应温度下在反应部分空间内发生反应，以产生反应器流出物，其中从传热流转移到反应部分空间的热量能够有效地将反应温度维持在高于水的临界温度；在反应器冷却器中将反应器流出物冷却以产生经冷却的流出物；在减压器中将经冷却的流出物减压以产生经减压的流出物；在相分离器中将经减压的流出物分离以产生气相产物和液相产物；以及在产物分离器中将液相产物分离以产生经分离的水流和经改质的烃流。在本专利技术的某些方面，该方法还包括以下步骤：将经分离的水流再循环以与双壁反应器的上游进料水结合的步骤。在本专利技术的某些方面，双壁反应器还包括壳程入口，该壳程入口被构造为接收经加热的进料水；壳程出口，该壳程出口被构造为将传热流作为热水回路而排出；反应入口，该反应入口被构造为接收混合流；以及反应出口，该反应出口被构造为排出反应流动流作为反应器流出物，其中该壳程入口、该壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用双壁反应器从而降低烃改质反应期间的焦炭形成的方法，所述方法包括以下步骤：将经加热的进料水供至所述双壁反应器的壳程空间，以产生传热流，所述双壁反应器包括：外壁和内壁，所述外壁和所述内壁限定了设置在所述外壁和所述内壁之间的所述壳程空间；由所述内壁限定的反应部分空间；加热元件，所述加热元件与所述外壁相邻，其中所述加热元件被构造为加热所述传热流以产生热水回路，使得所述传热流的温度高于水的临界温度，其中热量从所述传热流通过所述内壁传递到所述反应部分空间，其中所述热水回路离开所述壳程空间，其中所述传热流的温度高于水的临界温度，并且所述传热流的压力大于水的临界压力，将离开所述双壁反应器的所述壳程空间的所述热水回路供给通过过滤器，所述过滤器被构造为去除微粒以形成经过滤的水流；将所述经过滤的水流与经加热的烃原料在混合器中混合以产生混合流，其中所述经加热的烃原料的压力大于水的临界压力，并且所述经加热的烃原料的温度大于50℃；将所述混合流以与所述传热流呈逆流的流动构造的方式供至所述双壁反应器的所述反应部分空间，以产生反应流动流；使所述反应流动流在所述反应部分空间中的反应温度下发生反应以产生反应器流出物，其中由所述传热流传递至所述反应部分空间的热量能够有效地将所述反应温度维持为高于水的临界温度；在反应器冷却器中将所述反应器流出物冷却，以产生经冷却的流出物；在减压器中将所述经冷却的流出物减压，以产生经减压的流出物；在相分离器中将所述经减压的流出物分离，以产生气相产物和液相产物；以及在产物分离器中将所述液相产物分离，以产生经分离的水流和经改质的烃流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.26 US 14/554,2091.一种通过使用双壁反应器从而降低烃改质反应期间的焦炭形成的方法，所述方法包括以下步骤：将经加热的进料水供至所述双壁反应器的壳程空间，以产生传热流，所述双壁反应器包括：外壁和内壁，所述外壁和所述内壁限定了设置在所述外壁和所述内壁之间的所述壳程空间；由所述内壁限定的反应部分空间；加热元件，所述加热元件与所述外壁相邻，其中所述加热元件被构造为加热所述传热流以产生热水回路，使得所述传热流的温度高于水的临界温度，其中热量从所述传热流通过所述内壁传递到所述反应部分空间，其中所述热水回路离开所述壳程空间，其中所述传热流的温度高于水的临界温度，并且所述传热流的压力大于水的临界压力，将离开所述双壁反应器的所述壳程空间的所述热水回路供给通过过滤器，所述过滤器被构造为去除微粒以形成经过滤的水流；将所述经过滤的水流与经加热的烃原料在混合器中混合以产生混合流，其中所述经加热的烃原料的压力大于水的临界压力，并且所述经加热的烃原料的温度大于50℃；将所述混合流以与所述传热流呈逆流的流动构造的方式供至所述双壁反应器的所述反应部分空间，以产生反应流动流；使所述反应流动流在所述反应部分空间中的反应温度下发生反应以产生反应器流出物，其中由所述传热流传递至所述反应部分空间的热量能够有效地将所述反应温度维持为高于水的临界温度；在反应器冷却器中将所述反应器流出物冷却，以产生经冷却的流出物；在减压器中将所述经冷却的流出物减压，以产生经减压的流出物；在相分离器中将所述经减压的流出物分离，以产生气相产物和液相产物；以及在产物分离器中将所述液相产物分离，以产生经分离的水流和经改质的烃流。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：回收所述经分离的水流以与所述双壁反应器的上游的进料水合并。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述双壁反应器进一步包括：壳程入口，所述壳程入口被构造为接收所述经加热的进料水；壳程出口，所述壳程出口被构造为将所述传热流作为所述热水回路而排出；反应入口，所述反应入口被构造为接收所述混合流；以及反应出口，所述反应出口被构造为将所述反应流动流作为所述反应器流出物而排出，其中所述壳程入口、所述壳程出口、所述反应入口和所述反应出口被构造为在所述传热流和所述反应流动流之间产生所述逆流的流动构造。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述双壁反应器进一步包括：从所述外壁延伸到所述壳程空间内的挡板，所述挡板被构造为提高从所述加热元件和所述外壁到所述传热流的热传递。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：将所述热水回路供至混合器预热器，所述混合器预热器被构造为提高所述热水回路的温度以产生热的混合器进料；以及将所述热的混合器进料供至所述过滤器以产生所述经过滤的水流。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：将所述经加热的进料水供至水过热器，所述水过热器被构造为提高所述经加热的进料水的温度以产生热水供应；以及将所述热水供应供至所述双壁反应器的所述壳程空间。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：将所述反应器流出物供至超临界水反应器，所述超临界水反应器被构造为对存在于所述反应器流出物中的烃进行改质，其中所述超临界水反应器的温度高于水的临界温度，其中所述超临界水反应器的压力大于水的临界压力；使所述反应器流出物反应以产生产物流；以及将所述产物流供至所述反应器冷却器。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中液体产率大于98体积％。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述经改质的烃流中的沥青烯、硫和其他杂质的量得以减少。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述反应流动流在所述双壁反应器中的停留时间大于10秒。11.一种用来改质烃并且焦炭形成减少的超临界水设备，所述超临界水设备包括：烃原料泵，所述烃原料泵被构造为将烃原料加压至高于水的临界压力以产生经加压的烃原料；与所述烃原料泵流体连接的烃原料加热器，所述烃原料加热器被构造为将所述经加压的烃原料加热到大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔基玄，JH·李，阿卜杜拉·T·阿拉布杜哈迪，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA