專利名稱：烴類材料處理系統(tǒng)和烴類材料處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及烴類材料處理系統(tǒng)和烴類材料處理方法，尤其是涉及石油精制過程或石油化學(xué)加工中用于在裂化爐中熱裂化烴類材料或在重整爐中重整烴類材料中所用的烴類材料處理系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
乙烯用作各種工業(yè)制品如聚乙烯、聚丙烯或乙酸乙酯的原料，因而是化學(xué)工業(yè)中的最基本的原料之一。通過熱解和精制烴類材料如石腦油制造乙烯。此外，在熱解烴中生成的丙烯、乙烷、丙烷等也用作工業(yè)原料。
在石油精制過程中，需要大量氫作為脫硫劑或烷基化劑。在日本，主要是通過蒸汽轉(zhuǎn)化烴如石腦油或液化石油氣(LPG)制造氫。如果汽油，輕油等的制造過程需要高度脫硫以降低環(huán)境負(fù)荷如SOx，那么需要大量氫來進行脫硫。因此，消耗大量礦物燃料。
乙烯制造過程圖1是顯示用于制造乙烯的系統(tǒng)的流程圖。如圖1所示，乙烯制造系統(tǒng)包括裂化爐101，熱交換器102，油急冷塔103，水急冷塔104，壓縮機105，酸性氣體除去單元106，脫水塔107和氣體分離和精制單元108。將水蒸汽加到石腦油中用于稀釋以生成原料201。將原料201供給至裂化爐101中的反應(yīng)管101a，在反應(yīng)管101a中原料201被預(yù)熱蒸發(fā)，然后在高溫、低壓下在短的停留時間內(nèi)被熱解。為防止過度熱解，在反應(yīng)管101a出口下游處提供用于快速冷卻產(chǎn)生的氣體的熱交換器102。在油急冷塔103和水急冷塔104中進一步冷卻產(chǎn)生的氣體，并從產(chǎn)生的氣體中回收熱量。
使用多級壓縮機105將冷卻的氣體加壓至約0.5-30個大氣壓。然后，在酸性氣體除去單元106中，從冷卻的氣體中除去酸性氣體如H2S或CO2，并且在脫水塔107中使冷卻的氣體脫水。其后，將冷卻的氣體引入至氣體分離和精制單元108中以分離出不需要的氣體組分。結(jié)果是獲得產(chǎn)物乙烯202。
如圖1所示，氣體分離和精制單元108包括脫甲烷器109，脫乙烷器110，脫丙烷器111，丙炔/丙二烯氫化單元112，乙烯精餾塔113，丙烯精餾塔114，冷卻室115和乙炔氫化單元116。氣體分離和精制單元108分離富氫氣體203，尾氣204，丙烯205，具有至少四個碳原子(C4+)的烴206，乙烷207，丙烷208，廢氣209等。圖1舉例說明了氣體分離和精制單元108，其也可以具有其他結(jié)構(gòu)。
裂化爐101具有多個反應(yīng)管101a。在約800-900℃的高溫、約0.2MPa的低壓并且沒有任何催化劑下，裂化爐101分解烴的C-C鍵產(chǎn)生低級烴。反應(yīng)管101a中作為原料石腦油的停留時間相當(dāng)短，不超過約0.1-0.2秒。裂化爐101具有設(shè)置在反應(yīng)管101a外部爐內(nèi)的燃燒器(圖中未示出)。從氣體分離和精制單元108出來的廢氣209作為燃料與空氣210燃燒，從而提高并保持裂化爐101的溫度。乙烷207和丙烷208也可以用作裂化爐101中的燃料。此外，當(dāng)不能從廢氣209、乙烷207和丙烷208獲得足夠的熱量以保持裂化爐101的溫度時，礦物燃料如石腦油211被用作裂化爐101中的燃料。
利用從裂化爐101排出的廢氣212的顯熱來預(yù)熱用于燃燒的空氣210。調(diào)節(jié)待供給到裂化爐101的廢氣209、乙烷207、丙烷208和礦物燃料如石腦油211的量，以使反應(yīng)管101a中的氣體溫度保持恒定。通過裂化爐101的排出廢氣的顯熱來預(yù)熱原料烴201，如石腦油，然后供給至裂化爐101的反應(yīng)管101a。熱交換器102(例如，鍋爐)設(shè)置在反應(yīng)管101a的下游，以快速冷卻氣體，從而抑制反應(yīng)。因此，熱交換器102可防止由于過度熱解而使產(chǎn)物(即，乙烯202)的產(chǎn)率降低。氫的制造過程已知有三種方法可制造氫，包括水蒸汽重整法，部分氧化法，和水蒸汽重整法與部分氧化法的組合。近來，廣泛使用用水蒸汽重整烴如石腦油或LPG來制造氫的方法。在這種方法中，在約800-850℃的溫度下，烴和水蒸汽在催化劑上發(fā)生催化反應(yīng)。這種方法利用下面的吸熱反應(yīng)。
(吸熱反應(yīng))生成的一氧化碳通過下面的水-氣變換反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氫。
(放熱反應(yīng))上述兩個反應(yīng)中，每一個反應(yīng)都需要催化劑，如負(fù)載有鎳的催化劑。
圖2是顯示利用水蒸汽重整法制造氫的系統(tǒng)的流程圖。在氫制造系統(tǒng)中，烴如石腦油或LPG用作原料231。如圖2所示，氫制造系統(tǒng)包括用于使原料脫硫的脫硫器131，用于利用水蒸汽重整脫硫的原料231的初步重整單元132和重整爐133，熱交換器134，用于通過水-氣變換反應(yīng)將生成的一氧化碳轉(zhuǎn)化成氫的變換轉(zhuǎn)化器135，熱交換器136，用于分離氫的分離器137和氫壓變動吸附(hydrogen pressureswing adsorption)(氫PSA)單元138。
加熱并蒸發(fā)常溫下是液體的原料。將蒸發(fā)的原料供給至重整爐133。從重整爐133排出的廢氣236的廢熱用于加熱原料。由于原料的水蒸汽重整反應(yīng)在催化劑上進行，因此需要除去毒性組分硫。當(dāng)原料含有大量硫時，通過脫硫器131使蒸發(fā)的原料脫硫。將原料氣體以及水蒸汽一起供給至重整爐133中的重整反應(yīng)管133a中。重整反應(yīng)管133a中裝有催化劑。通常，負(fù)載有鎳的催化劑用作重整反應(yīng)管133a中的催化劑。原料氣體可以在設(shè)置于重整反應(yīng)管133a上游處的初步重整單元132中初步進行重整。原料氣體在重整反應(yīng)管133a的入口處溫度約為450-650℃，在重整反應(yīng)管133a的出口處溫度約為700-950℃。具體而言，從外部熱源將熱量供給至重整爐133中的重整反應(yīng)管133a，從而在約600-950℃的溫度范圍內(nèi)進行重整反應(yīng)。
重整爐133的熱源是從氫精制過程(氫PSA單元138)排出的廢氣232或烴燃料233如石腦油或LPG與空氣234的燃燒熱。通過設(shè)置在重整爐133中的重整反應(yīng)管133a下游處的熱交換器134進行熱交換來冷卻生成的一氧化碳。然后，通過在變換轉(zhuǎn)化器135中進行水-氣變換反應(yīng)使生成的一氧化碳轉(zhuǎn)化成氫。生成的氫通過熱交換器136。分離器137分離冷凝物237。在氫PSA單元138中，從廢氣232中分離出氫230，并回收。如上所述，分離出氫230的廢氣232用作重整爐133的熱源。部分氫230可以作為循環(huán)氫235與原料231混合，以提高原料231中的氫濃度。
如上所述，常規(guī)乙烯制造系統(tǒng)和氫制造系統(tǒng)消耗作為裂化爐和重整爐的熱源的大量礦物燃料，如石腦油或LPG，從而增加了制造乙烯和氫的成本。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述缺點，完成了本發(fā)明。因此本發(fā)明的第一目的是提供一種烴類材料處理系統(tǒng)，其可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
本發(fā)明的第二目的是提供一種烴類材料處理方法，其可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本的烴類材料處理系統(tǒng)。該烴類材料處理系統(tǒng)包括用于熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體的氣化爐。該烴類材料處理系統(tǒng)還包括用于通過利用在該氣化爐中產(chǎn)生的熱源氣體來熱裂化烴類材料的裂化爐。具體而言，該烴類材料處理系統(tǒng)使用可燃?xì)怏w作為裂化爐的熱源以在乙烯制造系統(tǒng)等中熱裂化烴類材料。通過熱解和氣化各種廢物、殘渣烴類重油如從石油精制過程或石油化學(xué)加工中排出的重油、和有機物質(zhì)如生物質(zhì)中的至少一種來生產(chǎn)可燃?xì)怏w。該裂化爐可以包括用于乙烯制造過程的裂化爐。
因此，通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種來生產(chǎn)熱源氣體。熱源氣體用作裂化爐的熱源以熱裂化烴類材料。因此，可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
該氣化爐的結(jié)構(gòu)被設(shè)計成通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以單獨產(chǎn)生第一氣體，和通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣以單獨產(chǎn)生第二氣體。通過熱解和氣化制得的第一氣體(制得氣)可以在不與通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣而制得的第二氣體(燃燒氣)的混合(稀釋)下獲得。因此，即使從少量的第一氣體也可實現(xiàn)高熱值，從而使裂化爐保持在高溫。此外，由于裂化爐可以保持在高溫，所以即使第一氣體含有雜質(zhì)，裂化爐也可以進行燃燒。
由于第二氣體含有氧，所以第二氣體可以用作裂化爐的熱源氣體。因此，可以減少供給到裂化爐的燃燒空氣的量。此外，可以有效地利用第二氣體的顯熱。因此，可以更有效地降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
烴類材料處理系統(tǒng)可以包括通過用第二氣體預(yù)熱空氣的熱交換器和用于將預(yù)熱的空氣供應(yīng)到該裂化爐的通道。在這種情況下，因為第二氣體用于預(yù)熱空氣，所以可以有效地利用第二氣體的熱量。因此，可以更有效地降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本的烴類材料處理系統(tǒng)。烴類材料處理系統(tǒng)包括用于熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體的氣化爐。烴類材料處理系統(tǒng)還包括用于通過利用在該氣化爐中產(chǎn)生的熱源氣體來重整烴類材料的重整爐。具體而言，烴類材料處理系統(tǒng)使用可燃?xì)怏w作為重整爐的熱源以在氫制造系統(tǒng)等中重整烴類材料。通過熱解和氣化各種廢物、殘渣烴類重油如從石油精制過程或石油化學(xué)加工中排出的重油、和有機物質(zhì)如生物質(zhì)中的至少一種來生產(chǎn)可燃?xì)怏w。重整爐可以包括用于氫制造過程的重整爐。
因此，通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種來生產(chǎn)熱源氣體。熱源氣體用作重整爐的熱源以重整烴類材料。因此，可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
氣化爐的結(jié)構(gòu)被設(shè)計成可通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以單獨產(chǎn)生第一氣體，和通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣以單獨產(chǎn)生第二氣體。通過熱解和氣化制得的第一氣體(制得氣)可以在不與通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣而制得的第二氣體(燃燒氣)的混合(稀釋)下獲得。因此，即使從少量的第一氣體也可實現(xiàn)高熱值，從而使重整爐保持在高溫。此外，由于重整爐可以保持在高溫，所以即使第一氣體含有雜質(zhì)，重整爐也可以進行燃燒。
由于第二氣體含有氧，所以第二氣體可以用作重整爐的熱源氣體。因此，可以減少供給到重整爐的燃燒空氣的量。此外，可以有效地利用第二氣體的顯熱。因此，可以更有效地降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
烴類材料處理系統(tǒng)可以包括通過第二氣體預(yù)熱空氣的熱交換器和用于將預(yù)熱的空氣供應(yīng)到該重整爐的通道。在這種情況下，因為第二氣體用于預(yù)熱空氣，所以可以有效地利用第二氣體的熱量。因此，可以更有效地降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本的烴類材料處理方法。根據(jù)該烴類材料處理方法，熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體。將該熱源氣體供應(yīng)到裂化爐以熱裂化烴類材料。具體而言，該烴類材料處理方法使用可燃?xì)怏w作為裂化爐的熱源以在乙烯制造系統(tǒng)等中熱裂化烴類材料。通過熱解和氣化各種廢物、殘渣烴類重油如從石油精制過程或石油化學(xué)加工中排出的重油、和有機物質(zhì)如生物質(zhì)中的至少一種來生產(chǎn)可燃?xì)怏w。裂化爐可以包括用于乙烯制造過程的裂化爐。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本的烴類材料處理方法。根據(jù)該烴類材料處理方法，熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體。將該熱源氣體供應(yīng)到重整爐以重整烴類材料。具體而言，該烴類材料處理方法使用可燃?xì)怏w作為重整爐的熱源以在氫制造系統(tǒng)等中重整烴類材料。通過熱解和氣化各種廢物、殘渣烴類重油如從石油精制過程或石油化學(xué)加工中排出的重油、和有機物質(zhì)如生物質(zhì)中的至少一種來生產(chǎn)可燃?xì)怏w。重整爐可以包括用于氫制造過程的重整爐。
通過下面的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點可以清楚地展現(xiàn)出來，附圖中以示例的方式示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。


圖1是顯示乙烯制造系統(tǒng)的流程圖；圖2是顯示氫制造系統(tǒng)的流程圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖；圖4是顯示可在圖3所示的烴類材料處理系統(tǒng)中用作氣化爐的內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐橫截面圖；
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖；圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖；和圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明的烴類材料處理系統(tǒng)的實施方式。在下面的實施方式中，與圖1和圖2中相同的那些附圖標(biāo)記用來指相同的元件。
本發(fā)明的目的之一是提供一種烴類材料處理系統(tǒng)，即使在將固體材料如廢物、廢塑料或生物質(zhì)和殘渣烴類重油如含有大量碳的熱解焦油用作熱源時，該處理系統(tǒng)也能夠連續(xù)和穩(wěn)定地用于乙烯制造系統(tǒng)中。當(dāng)在裂化爐中形成穩(wěn)定火焰以穩(wěn)定裂化爐的溫度和壓力時，當(dāng)熱解管不被灰塵等原因磨損時，當(dāng)傳熱速率不因灰塵等在管表面聚積而降低時，或當(dāng)沒有因酸性氣體組分如含氯化合物或含硫化合物引起腐蝕時，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的操作。當(dāng)以恒定速率供應(yīng)具有恒定組分和恒定熱值的氣體時，可以形成穩(wěn)定火焰。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種乙烯制造系統(tǒng)，盡管將固體材料如廢物、廢塑料或生物質(zhì)和殘渣烴類重油如含有大量碳的熱解焦油用作熱源時，這種系統(tǒng)也能夠以恒定速率連續(xù)地供應(yīng)具有恒定組分和恒定熱值的可燃?xì)怏w，并且這種氣體不含有大量灰塵或酸性氣體組分如含氯化合物或含硫化合物。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖。如圖3所示，烴類材料處理系統(tǒng)包括氣化爐10，氣化爐10包括氣化室11和燃燒室12。氣體61和氣體62分別從氣化室11和燃燒室12排出。將氣化爐10結(jié)合到如圖1所示的乙烯制造系統(tǒng)中，從而形成烴類材料處理系統(tǒng)。
向氣化爐10的氣化室11中供應(yīng)廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和有機物質(zhì)如生物質(zhì)55中的一種，或這些材料的組合。在氣化室11中熱解并氣化供應(yīng)的材料，得到含有可燃?xì)怏w的氣體61。產(chǎn)生的氣體61作為熱源供應(yīng)至乙烯制造系統(tǒng)的裂化爐101。具體而言，通過在氣化爐10中熱解和氣化廢物，殘渣烴類重油，和有機物質(zhì)得到的產(chǎn)生的氣體61被供應(yīng)到乙烯制造系統(tǒng)的裂化爐101中，用以代替礦物燃料如石腦油。
設(shè)計裂化爐101以燃燒其中的氣體。因此，難于將固體材料如廢物51、廢塑料52或生物質(zhì)55作為熱源直接供給裂化爐101。即使可以將固體材料直接供給裂化爐101，那么燃燒固體材料中揮發(fā)性組分之外的固體碳組分也要花費大量的時間。因此，難于實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒和穩(wěn)定的熱回收。此外，如果殘渣烴類重油如含有大量碳的熱解焦油53被直接供給到裂化爐101，那么未揮發(fā)的固體碳組分會殘留在裂化爐101中。因此，會花費大量的時間燃燒固體碳組分，從而難于實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒和穩(wěn)定的熱回收。為了克服這些缺點，在本實施方式中，首先在氣化爐10的氣化室11中熱解和氣化材料，然后將產(chǎn)生的氣體61用作裂化爐101的熱源。
在本實施方式中，因為氣化爐10包括氣化室11和燃燒室12，所以即使在固體材料如廢物、廢塑料或生物質(zhì)的情況下，也可以進行熱解和氣化，同時控制條件，如氣化室11的溫度。因此，產(chǎn)生的氣體61具有恒定組分和恒定熱值，并可供應(yīng)到裂化爐101，用以代替礦物燃料。特別地，在流化床氣化爐的情況下，即使供應(yīng)的原料的量變化，也可以通過控制流化床的高度平衡這種變化。因此，可以防止因供應(yīng)的原料的量變化而引起的產(chǎn)生的氣體的壓力變化。此外，用作熱源的原料經(jīng)熱解和氣化產(chǎn)生的殘渣在燃燒后會產(chǎn)生灰粉。因此，在本實施方式中，由于氣化室11和燃燒室12彼此分開，從而單獨從殘渣生成產(chǎn)生的氣體61和燃燒氣體62，因此產(chǎn)生的氣體61幾乎不含灰粉。此外，在流化床爐中，氣化室中的空塔速度比燃燒室中的低，在氣化室中混合進產(chǎn)生的氣體中的床材料的量比在燃燒室中的小。因此，可以將含有少量灰塵的產(chǎn)生的氣體61供應(yīng)至裂化爐101。此外，通過將用于捕獲氯或硫的脫氯劑或脫硫劑例如石灰石混合進氣化爐10中，可以將產(chǎn)生的氣體61以幾乎不含有含氯化合物或含硫化合物的狀態(tài)供應(yīng)至裂化爐101。
在本實施方式中，在氣化爐10的氣化室11中產(chǎn)生的含有可燃?xì)怏w的產(chǎn)生的氣體61被供應(yīng)至裂化爐101，并與乙烯制造系統(tǒng)中的廢氣209和燃燒空氣210一起燃燒。廢氣209和燃燒空氣210與產(chǎn)生的氣體61分別地供應(yīng)至裂化爐101。因此，熱解烴類材料如石腦油所需的熱量被供給到裂化爐101的反應(yīng)管101a。
從裂化爐101的反應(yīng)管101a排出的并在熱交換器102中快速冷卻的熱解氣體213通過油急冷塔103，水急冷塔104，壓縮機105，酸性氣體除去單元106，和脫水塔107供應(yīng)至氣體分離和精制單元108(參見圖1)。熱交換器102下游進行的過程與對圖1所述的相同，因此不再重復(fù)說明。
圖4是顯示可用作氣化爐10的內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20的一個實例。如圖4所示，內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20具有氣化室21，燃燒室22，和設(shè)于氣化室21和燃燒室22間的分隔壁23。燃燒室22中設(shè)有分隔壁25和分隔壁26，從而形成熱回收室221、床材料沉積室(bedmaterial settling chamber)222和主燃燒室223。氣化室21和燃燒室22中容納填充在氣化室21和燃燒室22下部的床材料(微粒，如砂子)。如圖4所示，供應(yīng)空氣57作為使床材料從燃燒室22底部開始流動的流動氣體，供應(yīng)水蒸汽56作為使床材料從氣化室21底部開始流動的流動氣體。
在內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20中，氣化室21中的床材料通過箭頭63所示的床材料循環(huán)通道(圖中未示出)進入燃燒室22的主燃燒室223。通過燃燒主燃燒室223中的碳組分，床材料溫度升高。高溫床材料按箭頭64所示溢過分隔壁26進入床材料沉積室222。然后床材料沉積室222中的床材料通過分隔壁23下方的開口進入氣化室21。具體而言，床材料在氣化室21和燃燒室22之間循環(huán)。
此外，燃燒室22的主燃燒室223中的床材料按箭頭65所示溢過分隔壁25進入熱回收室221。然后熱回收室221中的床材料通過分隔壁25下方的開口進入主燃燒室223。具體而言，床材料在主燃燒室223和熱回收室221之間循環(huán)。
在內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20中，以恒定速率將可燃物60供應(yīng)到氣化室21?？扇嘉?0包括廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合(參見圖3)。因此，可燃物60的揮發(fā)性組分熱解(或熱裂化)成熱解物?？扇嘉?0在氣化室21中的熱解產(chǎn)生含有大量碳的殘渣。殘渣與床材料一起按箭頭63所示移動到燃燒室22。可燃物60的碳組分在燃燒室22中燃燒。燃燒的熱量升高了床材料的溫度。然后，高溫床材料按箭頭64所示進入氣化室21，從而有助于進入氣化室21的可燃物60的熱解(或熱裂化)。
當(dāng)待熱解(或熱裂化)的可燃物60含有更多揮發(fā)性組分和更少固體碳時，將更少的碳組分與床材料一起按箭頭63所示引入燃燒室。因此，減小燃燒室22中的燃燒量，從而不能保持氣化室21所需的熱量。在這種情況下，可燃物60也可被供應(yīng)到燃燒室22，從而補償燃燒室22中的燃燒量。
如上所述，包括廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合的可燃物60，被引入至內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20的氣化室21中，并在其中熱解(或熱裂化)。沒有熱解(或熱裂化)的碳組分與床材料一起引入燃燒室22中，從而選擇性地燃燒碳組分。
在圖4所示的內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20中，通過改變循環(huán)的床材料的量，可以控制氣化室21和燃燒室22的流化床的溫度。因此，通過根據(jù)供應(yīng)到氣化室的原料的量來調(diào)節(jié)循環(huán)的床材料的量，使得產(chǎn)生的氣體具有恒定組分和恒定熱值，這樣可以調(diào)節(jié)氣化室21和燃燒室22的流化床的溫度，從而控制產(chǎn)生的氣體的組分。
因此，包括廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合的可燃物60，被引入至內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20的氣化室21中，并在其中熱解(或熱裂化)。得到的產(chǎn)生的氣體61在乙烯制造系統(tǒng)中作為熱源供應(yīng)到裂化爐101。這樣，產(chǎn)生的氣體61可以代替在常規(guī)乙烯制造系統(tǒng)中使用的礦物燃料。因此，可以降低制造乙烯的成本，也可降低從這種系統(tǒng)排出的二氧化碳的量。
在產(chǎn)生的氣體61含有大量灰塵的情況下，可以清洗產(chǎn)生的氣體61以防止故障，如產(chǎn)生的氣體的輸送管因冷凝或沉積而堵塞。當(dāng)氣化爐10和裂化爐101之間的距離長到使大分子烴或水蒸汽因產(chǎn)生的氣體的輸送管放熱造成的溫度下降而冷凝時，出于同樣原因，也可以清洗產(chǎn)生的氣體61。在這些情況下，優(yōu)選使用去油器清洗產(chǎn)生的氣體61。
由于流化床氣化爐具有流化床，因此與載流床氣化爐相比，流化床氣化爐在對不燃物(固體材料)的耐性方面優(yōu)異。此外，即使引入的可燃物的熱量或量有所變化，流化床氣化爐也能夠比載流床氣化爐更穩(wěn)定地操作。特別地，當(dāng)使用如圖4所示的內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20時，不燃物能夠從氣化室21的爐底排出，從而回收有價值的未被氧化的金屬。這樣，內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐比部分燃燒流化床氣化爐更有效。此外，不燃物可以從燃燒室22的爐底排出，從而回收干凈的不燃物。
在內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20的情況下，床材料可以包括石灰石，使得石灰石在氣化室21和燃燒室22間循環(huán)。在氣化室21中，氧化鈣(CaO)吸收CO2，從而轉(zhuǎn)化成碳酸鈣(CaCO3)。在燃燒室22中，CaCO3被熱解成CaO，并與床材料一起移動到氣化室21，用于吸收CO2。這樣，可以得到具有相當(dāng)少量CO2的可燃?xì)怏w，作為產(chǎn)生的氣體61。具體而言，可以回收具有較高熱值的可燃?xì)怏w作為產(chǎn)生的氣體61。
當(dāng)在爐中使用催化劑或吸附劑顆粒時，顆?？梢栽趦?nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20中的氣化室21(還原性氣氛中)和燃燒室22(氧化性氣氛中)循環(huán)。由于顆粒反復(fù)經(jīng)受氧化和還原，所以催化劑或吸附劑顆?？梢栽谌紵?2中再生并活化，從而在氣化室21中起作用。例如，當(dāng)床材料包括用于脫硫的碳酸鈣(CaCO3)顆粒時，CaCO3顆粒在燃燒室22中熱解成CaO。在氣化室21中，CaO顆粒吸收氯組分，從而轉(zhuǎn)化成CaCl2。然后，CaCl2在燃燒室22中熱解成CaO。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖。如圖5所示，烴類材料處理系統(tǒng)設(shè)置有氣化爐10，氣化爐10包括氣化室11和燃燒室12。氣體61和氣體62分別從氣化室11和燃燒室12排出。將氣化爐10結(jié)合到如圖1所示的乙烯制造系統(tǒng)中，從而形成烴類材料處理系統(tǒng)。
向氣化爐10的氣化室11中供應(yīng)廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和有機物質(zhì)如生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合。在氣化室11中熱解并氣化供應(yīng)的材料，得到含有可燃?xì)怏w的氣體61。產(chǎn)生的氣體61作為熱源供應(yīng)至乙烯制造系統(tǒng)的裂化爐101。此外，通過在氣化室11中熱解和氣化產(chǎn)生的熱解殘渣在燃燒室12中燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體62。燃燒氣體62也作為熱源供應(yīng)至乙烯制造系統(tǒng)的裂化爐101。
使用這種結(jié)構(gòu)，由于燃燒室12的燃燒氣體62含有氧，所以可以減少供給到裂化爐101的燃燒空氣210的量。此外，當(dāng)高溫約800-1000℃的燃燒氣體62的顯熱被供給到裂化爐101時，可以在裂化爐101中有效地利用供應(yīng)到氣化爐10的可燃物的熱量。
從裂化爐101的反應(yīng)管101a排出并在熱交換器102中快速冷卻的熱解氣體213通過油急冷塔103，水急冷塔104，壓縮機105，酸性氣體除去單元106和脫水塔107供應(yīng)至氣體分離和精制單元108(參見圖1)。熱交換器102下游進行的過程與對圖1所述的相同，因此不再重復(fù)說明。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖。如圖6所示，烴類材料處理系統(tǒng)設(shè)置有氣化爐10，氣化爐10包括氣化室11和燃燒室12。氣體61和氣體62分別從氣化室11和燃燒室12排出。將氣化爐10結(jié)合到如圖1所示的乙烯制造系統(tǒng)中，從而形成烴類材料處理系統(tǒng)。
向氣化爐10的氣化室11中供應(yīng)廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和有機物質(zhì)如生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合。在氣化室11中熱解并氣化供應(yīng)的材料，得到含有可燃?xì)怏w的氣體61。產(chǎn)生的氣體61作為熱源供應(yīng)至乙烯制造系統(tǒng)的裂化爐101。此外，通過在氣化室11中熱解和氣化產(chǎn)生的熱解殘渣在燃燒室12中燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體62。烴類材料處理系統(tǒng)包括設(shè)置在氣化爐10的燃燒室12下游的燃燒氣體熱交換器13和用于將燃燒空氣210供應(yīng)到裂化爐101的通道15。因此，燃燒氣體62被供應(yīng)至燃燒氣體熱交換器13，用于通過利用燃燒氣體62的顯熱來預(yù)熱待供應(yīng)到裂化爐101的燃燒空氣210。
使用這種結(jié)構(gòu)，高溫約800-1000℃的燃燒氣體62的顯熱可以被供給到裂化爐101。因此，可以在裂化爐101中有效地利用供應(yīng)到氣化爐10的可燃物的熱量。
在圖6中，僅燃燒氣體熱交換器13被用于預(yù)熱燃燒空氣210。然而，可以使用兩個或多個熱交換器預(yù)熱燃燒空氣210。例如，可以通過設(shè)置在裂化爐101下游的熱交換器102和燃燒氣體熱交換器13預(yù)熱空氣210。
從裂化爐101的反應(yīng)管101a排出并在熱交換器102中快速冷卻的熱解氣體213通過油急冷塔103，水急冷塔104，壓縮機105，酸性氣體除去單元106和脫水塔107供應(yīng)至氣體分離和精制單元108(參見圖1)。熱交換器102下游進行的過程與對圖1所述的相同，因此不再重復(fù)說明。
在第一、第二和第三實施方式中的每一個中，烴類材料處理系統(tǒng)使用包括裂化爐的乙烯制造系統(tǒng)。然而，烴類材料處理系統(tǒng)中的裂化爐不限于乙烯制造系統(tǒng)中的裂化爐。裂化爐可以包括用于熱裂化烴類材料以制備除乙烯之外的烴(例如，輕質(zhì)氣體如LPG)的裂化爐。
圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖。如圖7所示，烴類材料處理系統(tǒng)設(shè)置有氣化爐10，氣化爐10包括氣化室11和燃燒室12。氣體61和氣體62分別從氣化室11和燃燒室12排出。將氣化爐10結(jié)合到如圖2所示的氫制造系統(tǒng)中，從而形成烴類材料處理系統(tǒng)。
向氣化爐10的氣化室11中供應(yīng)廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和有機物質(zhì)如生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合。在氣化室11中熱解并氣化供應(yīng)的材料，得到含有可燃?xì)怏w的氣體61。產(chǎn)生的氣體61作為熱源供應(yīng)至氫制造系統(tǒng)的重整爐133。具體而言，通過在氣化爐10中熱解和氣化廢物，殘渣烴類重油，和有機物質(zhì)得到的產(chǎn)生的氣體61被供應(yīng)到氫制造系統(tǒng)的重整爐133中，用以代替礦物燃料如石腦油。
在本實施方式中，在氣化爐10的氣化室11中產(chǎn)生的含有可燃?xì)怏w的產(chǎn)生的氣體61被供應(yīng)至重整爐133，并與氫制造系統(tǒng)中的氫PSA廢氣232和燃燒空氣234一起燃燒。廢氣232和燃燒空氣234與產(chǎn)生的氣體61分別地被供應(yīng)至重整爐101。因此，重整烴類材料如石腦油所需的熱量被供給到重整爐13的反應(yīng)管133a。氣化爐10可以使用流化床氣化爐，更具體而言，使用如圖4所示的內(nèi)部循環(huán)流化床氣化爐20。氫制造過程與對圖2所述的相同，因此不再重復(fù)說明。
因此，包括廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合的可燃物，被引入至氣化爐10的氣化室11中，并在其中熱解(或熱裂化)。得到的含有可燃?xì)怏w的產(chǎn)生的氣體61作為熱源供應(yīng)到氫制造系統(tǒng)中的重整爐133。這樣，產(chǎn)生的氣體61可以代替常規(guī)氫制造系統(tǒng)中使用的礦物燃料。因此，可以降低制造氫的成本，也可降低從這種系統(tǒng)排出的二氧化碳的量。
在產(chǎn)生的氣體61含有大量灰塵的情況下，可以清洗產(chǎn)生的氣體61以防止故障，如產(chǎn)生的氣體的輸送管因冷凝或沉積而造成的堵塞。當(dāng)氣化爐10和重整爐133之間的距離長到使大分子烴或水蒸汽因產(chǎn)生的氣體的輸送管放熱造成的溫度下降而冷凝時，出于同樣原因，也可以清洗產(chǎn)生的氣體61。在這些情況下，優(yōu)選使用去油器清洗產(chǎn)生的氣體61。
圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖。如圖8所示，烴類材料處理系統(tǒng)設(shè)置有氣化爐10，氣化爐10包括氣化室11和燃燒室12。氣體61和氣體62分別從氣化室11和燃燒室12排出。將氣化爐10結(jié)合到如圖2所示的氫制造系統(tǒng)中，從而形成烴類材料處理系統(tǒng)。
向氣化爐10的氣化室11中供應(yīng)廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和有機物質(zhì)如生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合。在氣化室11中熱解并氣化供應(yīng)的材料，得到含有可燃?xì)怏w的氣體61。產(chǎn)生的氣體61作為熱源供應(yīng)至氫制造系統(tǒng)的重整爐133。此外，通過在氣化室11中熱解和氣化產(chǎn)生的熱解殘渣在燃燒室12中燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體62。燃燒氣體62也作為熱源供應(yīng)至氫制造系統(tǒng)的重整爐133。
使用這種結(jié)構(gòu)，由于燃燒室12的燃燒氣體含有氧，所以可以減少供給到重整爐133的燃燒空氣234的量。此外，當(dāng)高溫約800-1000℃的燃燒氣體62的顯熱被供給到重整爐133時，可以在重整爐133中有效地利用供應(yīng)到氣化爐10的可燃物的熱量。氫制造過程與對圖2所述的相同，因此不再重復(fù)說明。
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的烴類材料處理系統(tǒng)的流程圖。如圖9所示，烴類材料處理系統(tǒng)設(shè)置有氣化爐10，氣化爐10包括氣化室11和燃燒室12。氣體61和氣體62分別從氣化室11和燃燒室12排出。將氣化爐10結(jié)合到如圖2所示的氫制造系統(tǒng)中，從而形成烴類材料處理系統(tǒng)。
向氣化爐10的氣化室11中供應(yīng)廢物51、廢塑料52、熱解焦油53、殘渣烴類重油54和有機物質(zhì)如生物質(zhì)55中的一種或這些材料的組合。在氣化室11中熱解并氣化供應(yīng)的材料，得到含有可燃?xì)怏w的氣體61。產(chǎn)生的氣體61作為熱源供應(yīng)至氫制造系統(tǒng)的重整爐133。此外，通過在氣化室11中熱解和氣化產(chǎn)生的熱解殘渣在燃燒室12中燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體62。烴類材料處理系統(tǒng)包括設(shè)置在氣化爐10的燃燒室12下游的燃燒氣體熱交換器14和用于將燃燒空氣234供應(yīng)到重整爐133的通道16。因此，燃燒氣體62被供應(yīng)至燃燒氣體熱交換器14，用于利用燃燒氣體62的顯熱來預(yù)熱待供應(yīng)到重整爐133的燃燒空氣234。
使用這種結(jié)構(gòu)，高溫約800-1000℃的燃燒氣體62的顯熱被供給到重整爐133。因此，可以在重整爐133中有效地利用供應(yīng)到氣化爐10的可燃物的熱量。
在圖9中，僅燃燒氣體熱交換器14被用于預(yù)熱燃燒空氣234。然而，可以使用兩個或多個熱交換器預(yù)熱燃燒空氣234。例如，可以通過設(shè)置在重整爐133下游的熱交換器134，燃燒氣體熱交換器14，和設(shè)置在重整爐133中部的熱交換器預(yù)熱空氣234。氫制造過程與對圖2所述的相同，因此不再重復(fù)說明。
在第四、第五和第六實施方式中的每一個中，烴類材料處理系統(tǒng)使用包括重整爐的氫制造系統(tǒng)。然而，烴類材料處理系統(tǒng)中的重整爐不限于氫制造系統(tǒng)中的重整爐。重整爐可以包括用于重整其他烴的重整爐。例如，可以將烴類及重整劑如水蒸汽、氫或烴一起供應(yīng)到重整爐中，從而進行催化重整過程，得到汽油。
盡管前面顯示和描述了本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式，但應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求書范圍的前提下，可以對它們做出各種變化和修改。
工業(yè)實用性本發(fā)明適用于在石油精制過程或石油化學(xué)加工中的在裂化爐中熱裂化烴類材料或在重整爐中重整烴類材料的烴類材料處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種烴類材料處理系統(tǒng)，其包括用于熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體的氣化爐；和用于通過利用在所述氣化爐中產(chǎn)生的熱源氣體來熱裂化烴類材料的裂化爐。
2.如權(quán)利要求1所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其中所述裂化爐包括用于乙烯制造過程的裂化爐。
3.如權(quán)利要求1所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其中所述氣化爐被構(gòu)造為通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種單獨產(chǎn)生第一氣體，和通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣單獨產(chǎn)生第二氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其中所述第二氣體用作所述裂化爐的熱源氣體。
5.如權(quán)利要求3所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其進一步包括通過所述第二氣體預(yù)熱空氣的熱交換器；和將所述預(yù)熱的空氣供應(yīng)到所述裂化爐的通道。
6.一種烴類材料處理系統(tǒng)，其包括用于熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體的氣化爐；和用于通過利用在所述氣化爐中產(chǎn)生的熱源氣體來重整烴類材料的重整爐。
7.如權(quán)利要求6所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其中所述重整爐包括用于氫制造過程的重整爐。
8.如權(quán)利要求6所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其中所述氣化爐被構(gòu)造為通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種單獨產(chǎn)生第一氣體，和通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣單獨產(chǎn)生第二氣體。
9.如權(quán)利要求8所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其中所述第二氣體用作所述重整爐的熱源氣體。
10.如權(quán)利要求8所述的烴類材料處理系統(tǒng)，其進一步包括通過所述第二氣體預(yù)熱空氣的熱交換器；和將所述預(yù)熱的空氣供應(yīng)到所述重整爐的通道。
11.一種烴類材料處理方法，其包括熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體；和將所述熱源氣體供應(yīng)到用于熱裂化烴類材料的裂化爐。
12.如權(quán)利要求11所述的烴類材料處理方法，其中所述裂化爐包括用于乙烯制造過程的裂化爐。
13.如權(quán)利要求11所述的烴類材料處理方法，其中所述熱解和氣化包括通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種單獨產(chǎn)生第一氣體，和通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣單獨產(chǎn)生第二氣體。
14.如權(quán)利要求13所述的烴類材料處理方法，其中所述第二氣體用作所述裂化爐的熱源氣體。
15.如權(quán)利要求13所述的烴類材料處理方法，其進一步包括通過與所述第二氣體熱交換預(yù)熱空氣；和將所述預(yù)熱的空氣供應(yīng)到所述裂化爐。
16.一種烴類材料處理方法，其包括熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種以產(chǎn)生熱源氣體；和將所述熱源氣體供應(yīng)到用于重整烴類材料的重整爐。
17.如權(quán)利要求16所述的烴類材料處理方法，其中所述重整爐包括用于氫制造過程的重整爐。
18.如權(quán)利要求16所述的烴類材料處理方法，其中所述熱解和氣化包括通過熱解和氣化廢物、殘渣烴類重油和有機物質(zhì)中的至少一種單獨產(chǎn)生第一氣體，和通過燃燒所述熱解和氣化的殘渣單獨產(chǎn)生第二氣體。
19.如權(quán)利要求18所述的烴類材料處理方法，其中所述第二氣體用作所述重整爐的熱源氣體。
20.如權(quán)利要求18所述的烴類材料處理方法，其進一步包括通過與所述第二氣體熱交換預(yù)熱空氣；和將所述預(yù)熱的空氣供應(yīng)到所述重整爐。
全文摘要
本發(fā)明提供一種烴類材料處理系統(tǒng)，其可以降低礦物燃料消耗、環(huán)境負(fù)荷和處理烴類材料的成本。所述烴類材料處理系統(tǒng)包括用于熱解和氣化廢物(51)、廢塑料(52)、熱解焦油(53)、殘渣烴類重油(54)以及有機物質(zhì)如生物質(zhì)(55)以產(chǎn)生熱源氣體的氣化爐(10)。所述烴類材料處理系統(tǒng)還包括用于通過利用在氣化爐(10)中產(chǎn)生的熱源氣體來熱裂化烴類材料的裂化爐(101)。
文檔編號C10G9/20GK1914117SQ20058000402
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者巖楯由貴, 小林隆夫, 豐田誠一郎, 今泉隆司, 兩角文明 申請人:株式會社荏原制作所