劣质重油双反应管毫秒高温热解-气化再生耦合技术的基础研究

The heavy oil fluid pyrolysis-gasification technology was developed by coupling the heavy oil milliseconds pyrolysis process and coked carrier gasification process, which can increase the yield of liquid products and provide low-price hydrogen for upgrading liquid products. It is a novel slag free refining technology for oil clean efficient utilization.However, as the limit of experimental facilities, the studies on heavy oil milliseconds pyrolysis and coke catalytic gasification are still in early stages. This project will use the established heavy oil fast pyrolysis and coke steam-oxygen gasification experimental facilities and methods to analyze the reaction process and products on-line, understanding the high-temperature fast thermal conversion reactivity and dynamics of heavy oil and its group components, then establishing the appropriate lumped kinetic model. Moreover, the effect of reaction conditions on the gasification kinetics will be studied and the coke gasification kinetic model will be established. Finally, the appropriate reaction conditions for heavy oil milliseconds pyrolysis and coke gasification will be carried out in a 5L/h pilot-scale apparatus, and the controlling conversion theory of heavy oil milliseconds pyrolysis and coke gasification will be proposed. All these will lay the foundation for the development and application of novel technology with higher atom economy, which can enhance the conversion of heavy oil and afford low-price hydrogen.

将重油毫秒热解与残炭气化再生耦合开发的重油下行床热解-气化再生耦合工艺，在大幅度提高液收同时为热解液体二次加工提供廉价氢源，是一项石油资源高效清洁利用的无渣化加工新技术，但受制于实验设备等因素，目前相关重油毫秒热解和残炭催化气化的研究尚处于起步阶段。本项目拟通过已有的重油高温快速热解和热解残炭汽氧混合气化实验装置及实验方法，在线分析反应过程与产物，揭示重油及其族组分与毫秒热解反应条件和产物的关联耦合机制和反应特性，建立适用于重油高温毫秒热解过程的集总动力学模型；阐明反应条件对残炭催化气化的调控机制以及气化动力学特征，建立适用于残炭催化气化的动力学模型；再通过已建立的5L/h劣质重油双反应管毫秒热解-气化再生耦合中试装置，明确劣质重油毫秒热解和残炭气化耦合的适宜反应条件，提出重油毫秒热解和残炭气化耦合的调控理论，为集劣质重油高效转化和廉价制氢于一身的清洁加工工艺深度开发和推广应用奠定基础。

将重油毫秒热解与残炭气化再生耦合开发的重油下行床热解-气化再生耦合工艺，在大幅度提高液收同时为热解液体二次加工提供廉价氢源，是一项石油资源高效清洁利用的无渣化加工新技术，但受制于实验设备等因素，目前相关重油毫秒热解和残炭催化气化的研究尚处于起步阶段。本项目通过重油高温快速热解和热解残炭汽氧混合气化实验，在线分析反应过程与产物，揭示重油及其族组分与毫秒热解反应条件和产物的关联耦合机制和反应特性，发现即使在停留时间几百毫秒范围内，缩短停留时间仍然可以降低焦炭产率。由于减压渣油高沸点组分含量高，液相反应的发生不可避免，采用较高的反应温度可以有效提高渣油的气化率，降低液膜厚度，促进传质，此外，通过缩短停留时间可以抑制烯烃的二次环化脱氢反应，提高烯烃产率的同时降低焦炭产率。提高反应温度可以提高重油转化深度，但会加剧烯烃的二次裂化和环化脱氢反应，生成大量二烯烃和芳烃，因此重油的毫秒热解反应温度以600~700℃为宜；碱性剂可降低石油焦气化反应活化能，且不同碱性剂对石油焦气化活化能减小量相当，此外还发现，添加碱性剂有助于降低气化初始反应温度，提高石油焦气化反应速率以及石油焦气化转化率。在气化剂中添加适量氧气组分，可有效的提高碱性待生催化剂上焦炭转化率，进而减少碱性催化剂气化再生时间和提高焦炭催化气化转化效率。通过已建立的5L/h劣质重油双反应管毫秒热解-气化再生耦合中试装置，明确了劣质重油毫秒热解和残炭气化耦合的适宜反应条件，提出重油毫秒热解和残炭气化耦合的调控理论，为集劣质重油高效转化和廉价制氢于一身的清洁加工工艺深度开发和推广应用奠定基础。