一种电固耦合的裂解制化学品方法与流程
本发明涉及化工领域，涉及一种电固耦合的裂解制化学品方法，特别涉及一种碳氢化合物或碳氢氧化物裂解生产小分子化学品的方法，比如乙烯、丙烯、丁烯、芳烃的方法。
背景技术：
1、随着经济阶段发展，化石原料的燃料等初级产品需求受到限制，小分子化工材料需求增加，“双碳”背景下，石化企业降低碳排放要求日益迫切。石油烃类化合物裂解是生产燃料油和化学品的一个主要工艺，已有生产化学品的裂解方法主要是蒸汽裂解和催化裂解，裂解制化学品是吸热反应，而且一般需要650℃-850℃的反应温度。
2、由于裂解制化学品是强吸热反应，需要向反应过程提供热量，在已有技术中，裂解反应需要的热量都是通过碳氢化合物“燃烧”放热提供的，过程中会形成大量的二氧化碳。比如蒸汽裂解通过裂解加热炉燃烧燃料把反应物加热到850℃左右，实现石脑油高温热裂解；
3、由于可以显著降低反应温度和可以使用更廉价的原料，催化裂解制化学品是另一个热点方向。但由于裂解需要的热量很大，大部分原料进行催化裂解生焦燃烧放热不能提供反应需要的热量，已有技术采用设置原料加热炉、再生器补充燃料等补充热量的方法，比如石脑油催化裂解生焦燃烧只能提供大致10%左右的反应热量，月90%是通过补充燃料燃烧方式提供，一般先用加热炉把石脑油气化并加热到400℃左右，再再再生器补充占原料油5%-8%的燃料油，通过燃料油燃烧加热催化剂，向反应提供热量。这些方案仍然是通过化石原料燃烧提供热量，这必然导致二氧化碳排放增加。
4、目前我国正大力发展绿电，发展绿电也是实现“双碳”目标的根本途径，可以相信，不久的将来，绿电将会走进炼厂，走进各行各业，助力我国实现“双碳”目标。
5、电加热方式实现反应物或原料加热供热受到重视。对电加热蒸汽裂解、电加热炉，被加热物流或反应物流仅仅是原料和蒸汽，需要的仅仅是提供热量、实现需要的反应温度。采用燃料燃烧加热和采用电加热仅仅是供热方式不同，改变的仅仅是加热设备。
6、电加热蒸汽裂解技术并不能用于大分子原料或引起反应生焦原料，不能解决分子量大的原料裂解问题。
技术实现思路
1、本发明为降低裂解制化学品过程的碳排放和实现该过程的长周期稳定运行，提供了一种电固耦合的裂解制化学品方法。该方法中反应过程的反应热由电能和高温固体共同提供，替代传统的加热炉方式提供反应热量；固体除了提供部分反应热外还能吸附反应过程中生成的焦炭，增强高温反应器壁面向反应器内介质的热量传递效率。当所使用的电能为绿电时，将会实质性的降低炼厂裂解制化学品过程的碳排放。
2、本发明提供了一种电固耦合的裂解制化学品方法，具有如下特征：
3、具备供电加热和循环固体供热两种供热方式，一方面用电能代替燃料燃烧供热，另一方面用固体循环吸附反应生焦，实现反应长周期连续进行，同时通过固体循环提高反应物流与反应器壁面的传热系数，实现电供热效率的强化；该方法包括反应过程、固体烧焦过程、固体连续循环过程、气固分离过程和反应器电加热过程，或者同时包括供电与反应温度连续控制过程，具体过程如下：
4、反应原料和来自烧焦过程的固体同时进入反应器，固体与反应物接触混合，并行流动，一边流动一边反应，反应后共同流出反应器；固体向反过程提供一部分热量，同时通过固体循环吸附反应生焦，实现与反应器壁之间的传热，从而提高与反应器壁之间的传热效率；
5、在反应器内壁外或反应器自身向反应器供电，电能转化成热能，实现反应器内壁升温，反应器内壁温度高于反应器内的反应物温度，向反应过程提供需要的热量，使反应物达到要求的反应温度，实现裂解反应；
6、流出反应器的气固混合物进入气固分离器进行气固分离，实现气固分离过程，反应产物送出反应系统，固体通过循环管线b进入烧焦器进行烧焦实现固体烧焦过程，并提高固体温度；气固分离和固体烧焦再生是常见技术，技术人员掌握；
7、烧焦后的固体通过固体循环管线a进入反应器，实现连续循环即实现固体连续循环过程。
8、上述方法中的反应器立式设置，可以是下行式反应器，反应原料和烧焦后的固体先从上方进入反应器，在下方流出反应器；也可以是上行式反应器，反应原料和烧焦后的固体从下方进入反应器，从上方流出反应器。
9、上述方法中的反应器可以是一个或并列多个（即并列两个或两个以上），反应原料可以是一种混合物、多种原料混合后的物流，也可以是多种不同原料；每个反应器可以进入一种混合反应原料，或不同反应原料。反应原料为独立的物流时，在一个或多个反应器内反应；反应原料为不同物流时，混合后在一个或并列的多个反应器反应，或者不同反应原料分别在不同反应器内反应；具体地，当反应原料为混合的物流时采用一个反应器或分别进入并列的多个反应器；当反应原料为多种不同的物流时，多种原料物流可以混合后进入一个反应器，也可以不混合从不同的位置注入一个反应器，也可以不混合或者混合成几股物流，进入并列的多个反应器。
10、上述方法中的固体为改性分子筛催化剂、金属氧化物催化剂、碱金属催化剂或固体热载体等，所述固体平均直径40微米-1000微米，优选40-150微米。
11、上述的方法中，反应过程的反应温度450℃-800℃，反应时间1.0秒-15秒，优选600-670℃，3-10秒。
12、进一步地，上述方法中，优选地，反应原料，为90%wt以上为实沸点低于210℃组分，包括石脑油组分、轻汽油、拔头油、乙烷、丙烷、c4组分，或其中一种或多种的混合物；或反应物90%wt以上为石脑油、轻汽油、拔头油、柴油、蜡油、重油、原油，乙烷、丙烷、c4，或其中的一种或多种的混合物；
13、再进一步地，反应原料为从原油中闪蒸出低于250℃后的混合组分，或从原油中闪蒸出低于180℃以下后的混合组分；或从原油种闪蒸出低于150℃以下后的混合组分。
14、上述方法中，反应器电加热过程为分段加热，反应温度由电热转换器的供电功率控制，实现供电与反应温度连续控制过程，功率可以通过调压固态连续改变供电电压控制，也可以通过继电器控制电路通断间隔控制，或者其他方法。
15、本发明所属方法，电热转换可以采用电阻方式，电热辐射方式，电波感应方式，或其他电热转换实现电热转换；电热转换是公知的技术。
16、上述方法中，反应器为竖直设置的等径或变径管，根据原料和目的产物选择反应器的型式。
17、上述方法中，电热转换器以电能为能源，将电能转化为热能，为反应过程提供热量，可以设置一个或多个，电热转换器通过电热原件将电能转化为热能，该电热元件可以是电阻丝、电热棒、电磁感应热装置或微波加热装置等。
18、上述方法中，反应器内在对应于每个电热转换器的区域内设置有测温元件，测温元件的温度信号与对应的电热转换器连锁，通过调节电热转换器的输出功率控制对应反应器相应区域内的温度。
19、有益效果
20、本发明提供的电固耦合的裂解制化学品方法，该方法中反应过程的反应热由电能和高温固体共同提供，固体除了提供部分反应热外还能吸附反应过程中生成的焦炭，增强高温反应器壁面向反应器内介质的热量传递效率，本发明的方法可以有效的降低炼厂裂解制化学品过程的碳排并且实现该过程的长周期稳定运行。
21、本发明的电固耦合的裂解制化学品方法，很好的解决了重组分原料反应生焦和工艺过程的低碳排放问题，以石脑油催化裂解为例，采用本发明的方法可以降低二氧化碳排放90%，通过固体吸附生焦实现连续运行，同时通过固体或催化剂提高乙烯选择性，降低甲烷。
技术特征：
1.一种电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，采用供电加热和循环固体供热两种供热方式，用电能代替燃料燃烧供热；该方法包括反应过程，固体烧焦过程，固体连续循环过程，气固分离过程和反应器电加热过程，具体过程如下：
2.如权利要求1所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，反应原料和烧焦后的固体从上方进入反应器（1），在下方流出反应器（1）；或反应原料和烧焦后的固体从下方进入反应器（1），从上方流出反应器（1）。
3.如权利要求1所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，所述反应器（1）为一个或并列多个。
4.如权利要求1或3所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，反应原料为独立的物流时，在一个或多个反应器（1）内反应；反应原料为不同物流时，混合后在一个或并列的多个反应器（1）反应，或者不同反应原料分别在不同反应器内反应。
5.如权利要求1所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，所述固体为改性分子筛催化剂，金属氧化物催化剂，碱金属催化剂或固体热载体；所述固体平均直径40微米-1000微米。
6.如权利要求1所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，所述反应过程反应温度450℃-800℃，反应时间1.0秒-15秒。
7.如权利要求1所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，所述反应器电加热过程为分段加热，反应温度由反应器电加热过程设置的电热转换器的输出功率控制，实现供电与反应温度连续控制。
8.如权利要求1所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，所述反应器（1）为竖直设置的等径或变径管。
9.如权利要求7所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，电热转换器以电能为能源，将电能转化为热能，为反应过程提供热量，电热转换器设置一个或多个。
10.如权利要求7所述的电固耦合的裂解制化学品方法，其特征在于，反应器（1）内在对应于每个电热转换器的区域内设置有测温元件，测温元件的温度信号与对应的电热转换器连锁，通过调节电热转换器的输出功率控制对应区域内的温度。
技术总结
本发明涉及一种电固耦合的裂解制烯烃和芳烃等化学品的方法，包含电固联合供热的反应过程、固体烧焦过程、固体连续循环过程、气固分离过程、反应器电加热过程及供电与反应温度连续控制过程；反应原料和来自烧焦过程的固体进入电固耦合的反应器，通过向反应器供电方式实现向反应器提供热量，实现裂解反应，生产乙烯、丙烯、丁烯、芳烃等化学品。本发明通过电热转换器和固体共同提供反应所需热量，能有效降低裂解过程的碳排放。
技术研发人员：石宝珍,郭江伟,史发圣
受保护的技术使用者：青岛京润石化设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23