用于生产烃流并捕获产生的CO2的氧化还原化学回路中重质烃原料的热转化和间接燃烧的集成方法技术

本发明专利技术涉及用于生产烃流的氧化还原化学回路中重质烃原料的热转化和间接燃烧的集成方法。在热转化区(100)中使重质烃原料(1)与惰性颗粒(2)接触。在不存在氢气、水蒸气和催化剂的情况下热转化产生烃化合物的第一气态流出物(4)和焦炭，所述流出物沉积在惰性颗粒(5)上。然后所述焦炭在载氧固体颗粒(6)的存在下在氧化还原化学回路(200)中燃烧。因此惰性颗粒在化学回路的热转化区(100)与还原区(300)之间流动，而载氧固体颗粒在化学回路的氧化区(400)与还原区(300)之间流动。(400)与还原区(300)之间流动。(400)与还原区(300)之间流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产烃流并捕获产生的CO2的氧化还原化学回路中重质烃原料的热转化和间接燃烧的集成方法


[0001]本专利技术的主题是用于生产烃流同时捕获燃烧期间排放的气体(更具体地是CO2)的氧化还原化学回路中重质烃原料的热转化和间接燃烧的集成方法。本专利技术特别适合于处理不呈固体形式且特别包含高硫含量的重质烃原料。

技术介绍

[0002]一些石油产品由于其高的硫含量而难以有价值。然而，它们可以通过热转化方法例如催化裂化、热裂化、加氢裂化、减粘裂化、热解来处理。这种类型的原料趋于污染催化剂并使催化剂失活，需要频繁且昂贵地更换在催化方法中使用的催化剂。因此开发了无催化剂的方法。
[0003]特别地，HTL(重质至轻质，Heavy to light)方法允许使用由矿物颗粒形成的传热流体通过热转化处理重质原料，转化所需的热由流动的矿物颗粒提供。
[0004]例如，文献US 5 792 340描述了一种方法，其中原料在反应器中通过与注入至反应器中的热的无机固体颗粒(沙)流混合并快速传热而经历快速热转化(通过热解或裂化)。然后将颗粒与转化产物分离，加热(例如通过在热转化期间沉积到颗粒上的焦炭的燃烧)，然后再注入至反应器中。
[0005]文献US2004069682A1或US2004069686A1描述了重质原料在传热无机颗粒和含钙的化合物的存在下的快速热转化方法(热解)。然后将传热无机颗粒(例如沙)与转化产物分离并在返回至热转化区之前使其再生。基于钙的化合物的存在尤其允许减少氮氧化物排放。
[0006]某些方法允许限制CO2的产生。文献WO2014140175A1因此描述了热裂化方法，其中裂化所需的热由矿物颗粒和来源于再生器的燃烧气体提供。原料(重质原料、非常重质原料或沥青)转化为气体和沉积在矿物颗粒上的焦炭。焦化的矿物颗粒在与燃烧气体一起返回至热裂化区之前被来源于转化原料的气体夹带并在再生器中再生，同时转化气体被冷凝然后进行分馏。
[0007]然而，大多数方法留下最终的残余物(例如焦炭)，这些残余物可能有很少的价值或没有价值，并且所述方法大量排放包含二氧化碳(CO2)的烟道气。
[0008]对于所有工业部门，温室气体并且特别是CO2被认为是需要控制并减少其排放的污染物。
[0009]特别地，在精炼领域中，许多方法在操作期间排放包含CO2的烟道气，这些方法包括先前提及的热转化方法。最常见的，CO2的捕获通过包括将CO2与这些烟道气的其他构成要素分离的处理来进行，例如通过经由液体溶剂(通常为胺)的化学吸收来进行。在第一塔中吸收之后，溶剂流入再生塔中，在再生塔中压力和温度条件的改变(加热)允许解吸CO2并使溶剂“再生”。这种加热通常由水蒸气来确保并且构成能量密集的步骤。
[0010]通过化学吸收来进行捕获是最广泛使用的方法，特别是因为它允许获得捕获速率
与回收的CO2的纯度之间的良好折衷。然而，存在其他CO2分离技术，例如使用膜、低温蒸馏和吸附。
[0011]然而，当提到例如在来自燃烧设备的烟道气中将CO2与氮气分离时，烟道气处理在能量方面可能是昂贵的。然后可以使用CO2的其他捕获技术，更具体地为CO2的分离。富氧燃烧是允许在捕获燃烧期间产生的CO2的同时产生能量的方法。它包括用纯氧或富氧空气使燃料燃烧。结果，燃烧气体将主要包含可以容易分离并回收的CO2和水。该方法涉及燃烧烟道气的再循环以及它们在炉床上游与氧气的混合以控制并限制燃烧温度。在能量方面，成本最高的步骤是在上游生产氧气，其自身产生CO2。存在替代方法，例如“化学链燃烧(chemical looping combustion)”或CLC，对于它们，氧气是以化学方法供应的。CLC方法还允许在捕获CO2的同时产生能量。
[0012]CLC方法包括将燃烧反应分解为两个连续的反应。活性物质在空气或起燃烧作用的气体的情况下的第一氧化反应允许使活性物质氧化。由此氧化的活性物质利用还原气体的第二还原反应然后允许获得可再使用的活性物质以及基本上包含CO2(通常多于90体积％，甚至98体积％)和水的气态混合物，或者甚至包含分子氢和氮氧化物的合成气。因此，该技术允许在实际上不含氧气和氮气的气态混合物中分离CO2或合成气，从而促进CO2或合成气的分离和回收。交替地从其氧化形式转变为其还原形式(反之亦然)的活性物质描述了氧化
‑
还原循环。因此，在还原反应器中，活性物质(M
x
O
y
)(其中M是金属)首先通过烃C
n
H
m
(n、m、x和y是非零整数)被还原为M
x
O
y
‑
2n
‑
m/2
状态，所述烃C
n
H
m
根据反应(1)被相关地氧化成CO2和H2O，或者根据使用的比例任选地被氧化成CO+H2混合物。
[0013]C
n
H
m
+MxOy
→
n CO2+m/2H2O+M
x
O
y
‑
2n
‑
m/2
ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]在返回到第一反应器之前，在氧化反应器中，活性物质与空气接触根据反应(2)而恢复至其氧化状态(M
x
O
y
)。
[0015]M
x
O
y
‑
2n
‑
m/2
+(n+m/4)O2→
M
x
O
y
ꢀꢀꢀ
(2)
[0016]因此富氧燃烧和CLC方法二者均允许在捕获CO2的同时产生能量而不是烃流。
[0017]文献US10125323描述了加工方法，其中使重质原料在反应器中在金属氧化物的存在下经受裂化反应，以形成裂化产物和沉积在金属氧化物上的焦炭。然后将沉积在金属氧化物上的焦炭送至CLC回路的还原反应器，在还原反应器中焦炭在水蒸气的存在下气化，产生合成气和处于还原状态的金属氧化物。将处于还原状态的金属氧化物部分返回至裂化反应器并在返回至还原反应器之前部分送至CLC回路的氧化反应器以在其中再氧化。然而，这种方法的实施可能是有问题的。事实上，如果焦炭没有充分燃烧，则金属氧化物将难以再氧化，这将限制接下来的循环的焦炭燃烧，并将在使还原的金属氧化物氧化方面再次产生困难。

技术实现思路

[0018]为了克服所有或部分上述缺点，提出了用于将石油原料热转化为较轻的烃产品的方法，该方法产生很少或不产生最终的烃残留物，允许捕获产生的CO2。
[0019]定义
[0020]通过“惰性颗粒”，我们意指在通常的反应条件下为化学惰性的(固体)颗粒，换言之，不太可能进行化学改性或催化化学反应的颗粒。
[0021]通过“烃原料”或“烃流”，我们意指烃化合物，包含碳和氢以及任选地杂原子例如硫、氮、金属
……
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在氧化还原化学回路中通过热转化将重质烃原料转化为较轻的烃流和焦炭以及通过燃烧进行焦炭转化的方法，其中：
‑
所述重质烃原料的热转化在热转化区中通过使所述重质烃原料与热惰性颗粒接触来进行，以在不存在分子氧和催化剂的情况下，任选地在水蒸气和/或分子氢的存在下产生烃化合物的第一气态流出物和焦炭，所述焦炭沉积在所述惰性颗粒上，
‑
焦化的惰性颗粒从所述热转化区中排出并被送至载氧固体颗粒在其中流动的氧化还原化学回路的还原区，
‑
沉积在排出的焦化的惰性颗粒上的所述焦炭的燃烧在所述还原区中进行以产生第二气态流出物、至少部分不含焦炭的热惰性颗粒和处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒，所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒在所述还原区中形成位于由所述惰性颗粒形成的床上方的床，
‑
所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒从所述还原区中排出并至少部分地返回至所述化学回路的氧化区以在将所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒再次引入至所述还原区中之前通过氧化气体使所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒氧化，
‑
所述至少部分不含焦炭的热惰性颗粒从所述还原区中排出并至少部分地返回至所述热转化区，热转化反应所需的能量至少部分地由所有或部分的所述焦炭在所述还原区中的放热燃烧提供。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述还原区中产生的所述第二气态流出物被回收并与所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒分离。3.根据权利要求2所述的方法，其中将在所述还原区中产生并与所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒分离的所述第二气态流出物在至少一个热交换器中通过与流体例如呈液体形式的水的热交换而冷却，并且任选地，加热的流体用于产生热能或电能。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述热惰性颗粒在流动的重质原料穿过的所述热转化区中形成非夹带床。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在分馏区中使来源于所述热转化区的所述第一气态流出物经受分馏，任选地直接经受分馏，任选地在分离焦化的惰性颗粒细粒之后经受分馏。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述分馏区将所述第一气态流出物至少分离成不可冷凝的气态级分和液体级分，并且任选地使至少一部分所述不可冷凝的气态级分返回至所述热转化区。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中来源于所述还原区并与所述第二流出物分离的所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒在所述还原区中部分再循环。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在所述至少部分不含焦炭的热惰性颗粒返回至所述热转化区之前，使所述至少部分不含焦炭的热惰性颗粒在热交换器中通过与流体例如呈液体形式的水的热交换而冷却。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中使选自以下的至少一种流体经受纯化处理：
‑
在分离所述处于还原或部分还原状态的载氧固体颗粒之后和任选地在冷却之后的所
述第二气态流出物，
‑
在所述载氧固体颗粒的再氧化期间还原的在分离再氧化的载氧固体颗粒之后的所述氧化气体。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述重质烃原料单独或组合地选自具有高的硫含量的烃原料、常压渣油、减压渣油。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，所述方法包括以下特征中的一者或更多者：
‑
所述载氧固体颗粒的颗粒尺寸充分低于所述惰性颗粒的颗粒尺寸，任选地低至1/1000至1，
‑
所述载氧固体颗粒和所述惰性颗粒的平均直径为50μm至2mm，
‑
载氧固体颗粒和惰性颗粒的密度为500kg/m3至6000kg/m3，
‑
所述还原区的流化气体的表观速度为所述惰性颗粒的最终平均下落速度的30％至300％。12.一种用于实施根据权利要求1至11中任一项所述的方法的用于转化重质烃原料的设备，所述设备至少包括：
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：