技术摘要：
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  全部
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。 4 CN 111575050 A 说　明　书 2/8 页
技术实现要素：
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。 本发明例如包括以下实施方案： 1.一种具有整合的烃裂化的化学链的方法，包括以下步骤： 将至少一种液体烃进料注入到在第一反应条件下操作的第一反应器中，以在氧载 体存在下引起至少一种液态烃进料的裂解，以产生沉积在氧载体上的第一产物流和石油 焦； 将其上沉积有石油焦的氧载体从第一反应器转移到第二反应器； 在第二反应条件下操作第二反应器以产生第二产物流，以及还原其上沉积有石油 焦的氧载体； 将所述经还原的氧载体的至少第一部分转移到所述第一反应器，其中所述经还原 的氧载体提供热和能量，其允许所述第一反应器在所述第一反应条件下操作； 将所述经还原的氧载体的至少第二部分转移到在第三反应条件下操作的第三反 应器，以氧化经还原的氧载体；和 将氧化的氧载体从第三反应器转移回第二反应器。 2.根据实施方案1所述的方法，其中所述第一反应器包括裂化反应器；第二反应器 包括燃料反应器，第三反应器包括空气反应器。 3.根据实施方案1所述的方法，其中所述至少一种液态烃进料包括重质液体燃料。 4.根据实施方案1所述的方法，其中所述氧载体包括金属氧化物。 5.根据实施方案1所述的方法，其中所述金属氧化物设置在所述第一反应器内的 床中。 6.根据实施方案1所述的方法，还包括将蒸汽注入到所述第二反应器中以产生气 流形式的第二产物流的步骤。 7.根据实施方案6所述的方法，其中所述气流包括合成气。 8.根据实施方案1所述的方法，其中所述第二反应条件包括气化过程，其中沉积在 所述氧载体上的石油焦与注入到所述第二反应器中的蒸汽和CO2反应以形成合成气，由此 所述氧载体被还原。 5 CN 111575050 A 说　明　书 3/8 页 9.根据实施方案1所述的方法，还包括以下步骤：在分流反应器中将所述经还原的 氧载体从所述第二反应器分离成第一部分和第二部分，所述第一部分被返回到所述第一反 应器，第二部分返回到所述第二反应器。 10.根据实施方案1所述的方法，还包括以下步骤：在分流反应器中将所述经氧化 的氧载体从所述第三反应器分离成第一部分和第二部分，所述第一部分被返回到所述第二 反应器，所述第二部分返回到第三反应器。 11.根据实施方案1所述的方法，还包括将所述第二产物流从所述第二反应器转移 到用于产生能量的燃气轮机，其中所述第二产物流包括合成气。 12.一种具有整合的烃裂化的化学链燃烧的方法，包括以下步骤： 将重质液态燃料和金属氧化物注入裂化反应器； 在金属氧化物存在下，使裂化反应器中的重质燃料裂解，从而在金属氧化物上生 成石油基产物和石油焦沉积物； 将其上沉积有石油焦的金属氧化物从裂化反应器输送到燃料反应器； 在蒸汽存在的情况下，将燃烧反应器中沉积有石油焦的金属氧化物气化，以产生 产物气流、未燃烧气体和经还原的金属氧化物； 将产物气流、未燃烧气体和经还原的金属氧化物从燃料反应器输送到提升管； 在分离部分中，将经还原的金属氧化物与未燃烧的气体和产物气流分离； 将分离的经还原的金属氧化物输送到空气反应器；和 氧化空气反应器中经还原的金属氧化物以产生经氧化的金属氧化物和废气，其中 经氧化的金属氧化物被输送回燃料反应器。 13.根据实施方案12所述的方法，其中所述燃料反应器是湍流床、流化床和循环流 化床之一。 14.根据实施方案12所述的方法，其中所述裂化反应器是湍流床、流化床和循环流 化床之一。 15.根据实施方案12所述的方法，其中所述石油基产物包括选自石脑油、汽油、柴 油、石油焦、瓦斯油和LPG的产品。 16.根据实施方案12所述的方法，还包括将所述石油基产物从所述裂化反应器输 送到分离装置的步骤。 17.根据实施方案16所述的方法，还包括将所述石油基产物从所述分离装置再循 环到所述裂化反应器以增加沉积在经还原的金属氧化物上的石油焦的产率的步骤。 18.根据实施方案12的方法，其中所述产物气流包含CO和H2。 19.根据实施方案18所述的方法，其中所述产物气流包括合成气。 20.根据实施方案19所述的方法，其中所述合成气用于联合循环涡轮机中以产生 电力。 21.根据实施方案12所述的方法，其中所述未燃烧气体含有硫。 22.根据实施方案12所述的方法，还包括将吸硫材料注入所述提升管中的步骤。 23.根据实施方案22所述的方法，其中所述吸硫材料是石灰石。 24.根据实施方案12所述的方法，还包括以下步骤：将经还原的金属氧化物从分离 段输送到分流反应器，以及将经还原的金属氧化物的部分从分流反应器输送到裂化反应器 6 CN 111575050 A 说　明　书 4/8 页 和燃料反应器。 25.根据实施方案12所述的方法，还包括将所述经氧化的金属氧化物和废气从所 述空气反应器输送到分离装置的步骤，其中所述经氧化的金属氧化物与所述废气分离。 26.根据实施方案25所述的方法，还包括将经氧化的金属氧化物从分离装置输送 到分流反应器，并将经氧化的金属氧化物的部分从分流反应器输送到燃料反应器和空气反 应器的步骤。 27.根据实施方案12所述的方法，还包括将空气流注入所述空气反应器以氧化所 述经还原的氧载体的步骤。 28.一种重质燃料焦化和化学链燃烧相整合的系统，包括： 一种重质液态燃料原料； 其中引入重质液体燃料和金属氧化物的裂化反应器，并且重质液体燃料经历裂化 反应以形成石油基产物和沉积在金属氧化物上的石油焦颗粒； 燃料反应器，其与裂化反应器流体连通并且通过第一导管接收其上沉积有石油焦 的金属氧化物，所述燃料反应器被配置为用引入到燃料反应器中的蒸汽将其上沉积有石油 焦的金属氧化物气化，从而生产出合成气、未燃烧气体和经还原的金属氧化物； 与燃料反应器流体连通并且接收合成气和经还原的金属氧化物的提升管，并且与 裂化反应器流体连通，使得经还原的金属氧化物的第一部分从提升管输送到裂化反应器， 和经还原金属氧化物的第二部分从提升管输送到燃料反应器； 空气反应器，其通过第二导管与燃料反应器流体连通，并且从燃料反应器接收经 还原的金属氧化物，空气反应器包括用于引入空气的入口，用于氧化经还原的金属氧化物 以产生经氧化的金属氧化物和废气；和 流体连接空气反应器和燃料反应器的第三导管，以使得经氧化的金属氧化物的第 一部分从空气反应器输送到燃料反应器，并且，经氧化的金属氧化物的第二部分被再循环 回到空气反应器。 29.根据实施方案28所述的系统，还包括通过第四导管与所述裂化反应器流体连 通的分离装置，所述分离装置从所述裂化反应器接收石油基产物。 30.根据实施方案28所述的系统，还包括通过第四导管与所述提升管流体连通的 分离器，所述分离器从所述燃料反应器接收合成气和经还原的金属氧化物，将合成气、未燃 烧的气体与经还原的金属氧化物分离，以及将经还原的金属氧化物输送到裂化反应器和燃 料反应器。 31 .根据实施方案30所述的系统，还包括用于维持所述裂化反应器和所述燃料反 应器之间的压力平衡的分流反应器，所述分流反应器通过第五导管流体地连接到所述分离 器，并且来自所述分离器的经还原的金属氧化物在被裂化反应器和燃料反应器接收之前通 过所述分离器。 32.根据实施方案28所述的系统，还包括通过第四导管与所述空气反应器流体连 通的分离器，所述分离器接收来自所述空气反应器的经氧化的金属氧化物和废气，从所述 废气分离所述经氧化的金属氧化物，以及将经氧化的金属氧化物输送到燃料反应器和空气 反应器。 33.根据实施方案32所述的系统，还包括用于保持所述燃料反应器和所述空气反 7 CN 111575050 A 说　明　书 5/8 页 应器之间的压力平衡的分流反应器，所述分流反应器通过第五导管流体地连接到所述分离 器，并且来自所述分离器的经氧化的金属氧化物在被裂化反应器和燃料反应器接收之前通 过所述分离器。 附图说明 将通过参考以下详细描述和附图来获得对本发明及其诸多特征和优点的更完整 的理解。重要的是注意附图仅示出了本发明的一个实施例，因此不应将其视为保护范围的 限制。 图1是将化学链燃烧循环与裂化反应器相结合的方法的示意图。