[发明专利]重质液体燃料焦化和化学链概念的整合

说明书

本发明涉及一种利用化学链燃烧概念的发电系统，所述系统与裂化反应器中的重质液体燃料焦化相整合，并且，所述系统被配置为使用来自裂化反应器的在金属氧化物颗粒上的石油焦沉积物作为化学链燃烧反应中的燃料。所述系统还被配置为金属氧化物颗粒提供在裂化反应器中引发裂化反应所需的热量。

本申请是中国发明专利申请(申请日：2015年9月18日；申请号： 201580054961.3；国际申请号：PCT/US2015/050981；发明名称：重质液体燃料焦化和化学链概念的整合)的分案申请。

技术领域

本发明涉及重质燃料焦化和化学链燃烧以产生热和电的方法。此外，本发明还涉及通过高价值石油产品的原位生产稳定重质燃料，以及用于发电的产物气体的生产。

背景技术

重油，各种石油，是世界各地发现的丰富的能源。在世界石油总储量中，估计有53％是以重油或沥青(可交替使用的术语)的形式。事实上，到2030 年，重油产量估计会增加200％。像传统石油的所谓“桶底”一样，重油通常是富含碳的，而且非常粘稠。重油在室温下也是高粘度的，固态或接近固态，并且具有低氢含量和高质量密度(例如，API重力为20度或更小)。

尽管丰富，但重油的精炼已被证明是一个挑战。通常，使用多种技术来升级各种形式的重质燃料，因为难以使用单一技术来完成升级。例如，在 300-400℃下为液态但在室温下保持固态的“真空蒸馏残渣(vacuum distillation bottoms)”代表了炼油厂中处理和运输最困难的重油之一。然而，随着普通原油价格持续上涨，将重油升级为合成原油的需求将继续增长。

循环流化床锅炉可以高效、干净地燃烧炼油副产品。然而，这些燃料往往难以处理，因为它们在高温度下以液体形式离开炼油厂，并且必须以这种形式直接引入燃烧器。循环流化床燃烧(CFB)是常见的用于煤炭和石油焦燃烧的常规工业过程，已经成为开发化学链燃烧过程的基础。

化学链燃烧(CLC)是一种特定类型的燃烧过程，最初是在20世纪50 年代创造的，用于生产二氧化碳，但最近它作为潜在的二氧化碳捕获过程受到越来越多的关注。在传统的CLC方法中，氧转移材料或“氧载体”在两个不同的反应区之间充当氧的中间转运体。当空气注入其中以氧化氧载体时，燃料喷射的第一区称为燃料反应器，第二区称为空气反应器，因此，CLC过程防止空气和燃料的直接接触。通常，使用固态金属氧化物氧载体来氧化燃料反应器中的燃料流，这导致生产二氧化碳和水。然后将氧载体的还原形式转移到空气反应器中，在其中与空气接触，再次氧化成其初始状态，然后返回到燃料反应器进行进一步的燃烧反应。使用液体烃进料的CLC方法是本领域已知的。然而，这些方法不会将重油进料在单一过程中升级为更高价值的石油基产品。

因此，需要一种单一的技术来提升重质燃料，以生产用于发电的有价值的石油基产品。

发明内容

本发明涉及一种将重质液体燃料焦化与化学链燃烧概念相结合的发电方法。在一个或多个实施方式中，重质液体燃料(heavy liquid fuel)与经还原的金属氧化物(热载体)一起注入裂化反应器中，其导致裂化反应以在经还原的金属氧化物颗粒上产生石油焦沉积物。具有石油焦沉积物的经还原的金属氧化物颗粒从裂化反应器输送到燃料反应器，在燃料反应器中它们在蒸汽存在下气化，以产生产物气流、未燃烧气体和经还原的金属氧化物。产物气流可以用于组合循环单元以用来发电。经还原的金属氧化物的一部分从燃料反应器输送回到裂化反应器，同时，一部分从燃料反应器输送到空气反应器，在该空气反应器中，经还原的金属氧化物被氧化，然后被送回燃料反应器。

在一个或多个实施例中，一个或多个分流反应器可用于该系统中循环金属氧化物颗粒，从而保持主反应器之间的压力平衡。在一个或多个实施方式中，可以从裂化反应器中的裂化反应产生高价值石油基产物如石脑油和/或汽油。在至少一个实施例中，可以利用流体连接到燃料反应器的提升管。在所述提升管中，引入吸硫材料例如石灰石，并且该材料吸收由燃料反应器中的气化反应产生的未燃烧气体中存在的硫。