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CN104629798A - 一种油煤混合加氢炼制技术及设备 - Google Patents

一种油煤混合加氢炼制技术及设备 Download PDF

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CN104629798A
CN104629798A CN201510063602.6A CN201510063602A CN104629798A CN 104629798 A CN104629798 A CN 104629798A CN 201510063602 A CN201510063602 A CN 201510063602A CN 104629798 A CN104629798 A CN 104629798A
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kerosene
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李苏安
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ZHONGKE CHUANGYI TECH DEVELOPMENT Co Ltd
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Abstract

一种油煤混合加氢炼制技术及设备，首先，将煤粉与渣油以及回炼蜡油制成油煤浆；将油煤浆同催化剂及添加剂、氢气混合，经过预热器，进入浆态床反应器进行热裂化及加氢反应，然后所有产物进入热高压分离器，固体从底部分离，气体从顶部分离后再进入固定床反应器进一步加氢裂化或精制，得到的馏分油进入分馏塔，塔底蜡油作为回炼蜡油循环至制油煤浆罐。将所产蜡油作为溶煤溶剂油循环使用，大大降低了油煤浆的黏度，改善油煤浆的流动性、增加液相的供氢能力；浆态床加氢反应器的内部只有介质分布器，不设床层支撑板，大大降低了介质压降。该反应器反应压力适中，催化剂成本低、制备容易，使用一般国产原料即可，大幅降低成本。

Description

一种油煤混合加氢炼制技术及设备
技术领域
本发明涉及一种油、煤浆态床加氢炼制技术，属于原油深加工和煤制油领域。
背景技术
我国是一个富煤贫油的国家，在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能减排政策中，煤炭液化不仅具有重大的环保意义，而且具有保障能源安全的战略意义。对煤资源进行再认识，实现煤资源与石油资源的有机综合利用，构建石油化工与煤化工深度一体化发展模式，既是石化产业实现可持续发展的有效措施，也是提高资源利用效率、促进资源安全的重要选择。
油、煤加氢炼制工艺有以下特点：(1)转化率高：煤的转化率和重油的转化率都超过90％，远大于煤单独加氢液化和重油直接加氢裂解时的转化率。(2)存在协同效应：煤和重油之间由于协同效应的存在，使得煤油共处理时生成油的总量高于单独加工煤和重油时生成油的总量；除此之外煤的存在还能防止了催化剂积碳，有利于脱除重油中的金属元素。进而可以延长催化剂的使用寿命，降低生产成本，提高企业的经济效益。(3)油品产率高：与煤液化相比，由于只是一次通过，生产装置的油品产量大大提高。(4)氢耗量低：相对煤直接液化，油煤共炼的化学氢耗较低，氢利用率大幅度提高，有利减少能耗，减小设备的投资。(5)加入的煤粉既是反应原料，同时可以吸附反应系统中的胶质和沥青质，成为结焦的聚核和载体，有效防止系统结焦。(6)油品质量较好：煤油共处理产品油与煤直接液化油相比，油品的质量较大提高，氢含量增加、芳烃含量降低，更容易加工成为合格的汽油、柴油等油品。(7)竞争力强：由于转化率的提高、产率的提高、氢耗量的减少和较好的油品质量等因素，使得煤油共处理的生产成本从多个方面降低，煤油共处理比煤炭直接液化有更强的市场竞争力。
另一方面，目前原油加工过程主要的问题是渣油加工的轻油收率过低、焦炭生产过多，导致原油未得到充分利用、效益不佳。特别是我国进口的原油多为含硫量较高的重质油，炼油过程中产生的渣油平均为30％，许多地方炼厂直接从国外进口重油进行加工，因为技术原因渣油(重油)的利用率不高，有较大的提升空间。
如此一来，炼油企业通过采用煤、油共炼的技术一是解决了重油轻质化的问题，再者，也大大地提高了轻质油的收率；第三，通过采用该项技术可以很好地提高企业的经济效益。
油、煤浆态床加氢炼制技术是基于石油工业重油加氢裂化工艺发展形成的一种煤制油技术，主要是将石油中的重油、渣油产品作为溶剂，配入煤粉形成油煤浆通过高温高压加氢而生产液体燃料油。由于煤具有“富芳构贫氢”的特点，而重油或渣油具有“贫芳构富氢”的特点，将煤与重油或渣油共炼时，可通过调节共处理过程条件，大大降低煤直接液化过程的苛刻度。
目前国内利用油和煤共炼工艺主要包括如下步骤：(1)煤粉、催化剂与重油混合制浆；(2)油煤浆预热后，进入反应器进行反应；(3)反应产物进行分离，分离出气态物质、轻质油、水和重质混合物，分离出的气态物质通过变压吸附提氢，提纯的氢气返回到反应器中循环使用，其余气体经净化后用作燃料；分离出的轻质油和水进行油水分离，得到轻质油和水；(4)重质混合物进入蒸馏塔，经蒸馏分离得到粗油和塔底产物；(5)将粗油和轻质油混合，经提质加工可得汽油、煤油、柴油、燃料油等液体燃料；(6)塔底产物经处理，得沥青类铺路材料。上述技术通过将“富芳构贫氢”的煤和“贫芳构富氢”的重油以及催化剂有机结合，通过调节共处理过程，在大大降低了煤直接液化过程的苛刻度的条件下，制备得到液体燃料和沥青类铺路材料，在一定程度上提高了煤直接液化的经济性。
国外有两段式煤、油共处理工艺，该工艺是将重油和煤制成浆液，进料中煤和重油的质量比为1:2～11:9，升压后与氢气一起预热，在435～445℃、15～20MPa条件下，进入一段沸腾床反应器，在Co、Mo/A1203催化剂作用下，进行加氢裂化反应，反应后的产物进入第二段沸腾床反应器，在Ni、Mo/A1203催化剂作用下深度加氢，脱除硫、氮、氧和重金属(Ni、V)等，产物经分离器分离出气体，并回收其中的氨和硫，氢气循环使用；液体产物经常压蒸馏以及减压蒸馏得到目的产品。该工艺具有过程简单，技术可靠，原料适应范围广，油收率高，重油脱金属率高等特点；该技术由于没有脱灰工段，所以其耗氢量少，氢利用率高。
但是上述煤油共炼技术采用重油与煤共炼制备液体燃料，都不可避免地会碰到这样一个问题：由于石油重油的粘度很大，当把石油重油作为溶剂油直接用于配制煤浆时，为了保证煤浆具有良好的稳定性和流动性，通常需要降低油煤浆的固含量，而油煤浆的固含量降低会影响煤油共液化时液体燃料的收率，现有技术的固含量最高仅能达到35％左右。
发明内容
为了解决现有煤油加氢共炼技术加工黏度大、催化剂成本高等问题，本发明提供一种油煤混合加氢炼制技术及设备。
技术方案部分：
一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于包括以下步骤：
首先，将煤磨成煤粉，干燥；将所述煤粉与减压渣油、常压渣油、流化催化裂化油浆、重质原油或焦油砂沥青中的一种或者几种的混合物以及蜡油加入煤油混合制浆装置中制成油煤浆；可用油煤浆泵将油煤浆升到反应压力，同催化剂及添加剂、氢气混合，经过预热器，进入浆态床反应器进行热裂化及加氢反应，反应过程中的焦炭、沥青质和重金属均吸附在催化剂、添加剂及未反应的煤粉上，然后所有产物进入热高压分离器，固体从底部分离，气体从顶部分离后再进入固定床反应器进一步加氢裂化或精制，得到的馏分油进入分馏塔，塔底的蜡油循环至所述煤油混合制浆装置；其中所述催化剂为钼酸盐与铁的混合物，所述添加剂为硫化剂，所述浆态床反应器内的反应压力为17-20MPa，所述煤粉、渣油进料比例为15:85-60:40，所述催化剂、添加剂与煤油浆原料的添加比例为0.8-1.2：2-4：100。
所述煤粉优选的颗粒粒径范围为50-200μm。
所述添加剂优选为二硫化碳、二甲基硫醚、二甲基二硫化物、正丁基硫醇和硫化钠中的一种或几种。
优选的所述催化剂为将铁粉与钼酸铵溶液混合喷雾造粒制成，所述催化剂的颗粒大小为小于10μm。
优选的所述钼酸铵溶液的质量百分比浓度为10％-50％，铁与有效活性组分钼的物质的量的比为1:150～1:200。
所述蜡油添加量优选为总进料的8-20％。
所述油煤浆制备过程可分为润湿、分散和溶胀三个步骤。
一种油煤混合加氢炼制设备，其特征在于煤油混合制浆装置经煤油浆输送管道首先连接催化剂和添加剂的加剂装置，再与氢气输送管道汇合后连接加热炉，然后连接浆态床反应器；浆态床反应器进一步连接热高压分离器，所述热高压分离器上方连接固定床反应器，下方连接减压闪蒸塔；所述固定床反应器进一步连接冷高压分离器，所述冷高压分离器上方连接气体净化装置，下方链接分馏塔，所述浆态床反应器内部只设介质分布器，不设床层支撑板，内壁为陶瓷，所述分馏塔出蜡油处同时也连接煤油混合制浆装置。
优选的所述加剂装置位于煤油浆输送管道的支管道上，一部分煤油浆在支管道上的加剂装置与催化剂和添加剂混合后再与主煤油浆输送管道汇合。
所述气体净化装置优选的通过循环气压缩机连接加热炉回收氢气。
本发明技术效果：
本发明的油煤共炼技术采用“浆态床+固定床”反应器的流程，油煤浆原料、添加剂、催化剂及氢气混合升温升压后进入浆态床反应器，在此发生的是高氢分压下的热裂化反应和催化反应。反应过程中的焦炭、催化剂和添加剂随后在热高压分离器底部分离。然后在常规的固定床反应器中进一步加氢裂化和加氢精制，生产处石脑油、轻柴油和蜡油等。首先，本工艺中加入回炼蜡油，将所产蜡油作为溶煤溶剂油循环使用，大大降低了油煤浆的黏度，改善油煤浆的流动性、增加液相的供氢能力，且增加了蜡油回收利用的方式，降低成本增加效益；其次，由于成分的改变，浆态床加氢反应器的内部可以只设有介质分布器，不设床层支撑板，大大降低了介质压降，反应器内壁为专有技术，采用陶瓷筒减少介质与容器壁的摩擦，大大降低了流体的边壁效应，克服了因介质黏度较大，容易附着在器壁进而结垢等问题。并且，该反应器反应压力适中，催化剂成本低、制备容易，使用一般国产原料即可，大幅降低成本。
本发明经验证，煤和油的转化率均可达到90-95％，轻油收率可达到65-90％。
附图说明
图1为本发明实施例1的装置及流程示意图。
图中各标号列示如下：
1-渣油管道，2-加剂装置，3-新氢压缩机，4-氢气管道，5-加热炉，6-浆态床反应器，7-热高压分离器，8-减压闪蒸塔，9-固定床反应器，10-冷高压分离器，11-气体净化装置，13-分馏塔。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的解释。
实施例1
本实施例为对单一油品连续试验周期为15天的中试，其装置和流程如图1所示。减压渣油(性质见表1)先与煤粉(性质见表2)以及回炼蜡油混合制油煤浆，油煤浆由煤油浆管道1输送，氢气通过新氢压缩机3由氢气管道4输送，煤油浆与催化剂和添加剂的混合物在加剂装置2中混合后再在氢气的输送下进入加热炉5，升温升压后进入浆态床反应器6。其中本实施例的添加剂为二硫化碳；催化剂由铁与有效活性组分钼的物质的量的比为1:150～1:170的钼酸铵溶液采用喷雾造粒的方式制得，以保证催化剂的圆润度。催化剂为细小的固体颗粒，尺寸在50μm以下，不溶于油和水。各物质的比例见下述基本工艺参数，系统为非均相反应。浆态床反应器6的内部只有介质分布器，不设床层支撑板，内壁为陶瓷。
煤油浆在浆态床反应器6中在催化剂的催化下发生高氢分压下的热裂化反应和催化反应，反应过程中焦炭、沥青质和重金属均吸附在二硫化碳上，保证了浆态床反应器的长周期运行。由于采用了新研制的专有催化剂，可以使反应速度更快，克服了反应器内渣油反混造成的反应时间不足的问题，且使得反应压力下降(见下述基本工艺参数)并抑制反应生焦；同其它形式的反应器相比，浆态床的压力降更小，反应器内壁为专有技术，采用陶瓷筒减少介质与容器壁的摩擦，大大降低了流体的边壁效应，克服了因介质黏度较大，容易附着在器壁进而结垢等问题。并且，该反应器反应压力适中，催化剂成本低、制备容易，使用一般国产原料即可，大幅降低成本。
反应产物随后进入热高压分离器7，相对清洁的气体产物从热高压分离器7顶部分离，催化剂、添加剂及未反应的煤粉携带沥青质、残炭、沉淀物、金属等固体从下方进入减压闪蒸塔8。气体产物进入常规的固定床反应器9进一步加氢精制或裂化，因原料中的沥青质、残炭、沉淀物、金属等大部分已在浆态床反应阶段脱除并在热高压分离器7底部分离，不会对固定床催化剂床层产生严重影响，可保证固定床反应器9的长周期运行。进一步处理的气体产物进入冷高压分离器10，分离的产物在分馏塔13中被分馏为石脑油、柴油、蜡油等产品，塔底蜡油根据在线反映情况适量循环至制油煤浆罐，用以降低油煤浆黏度，气体则通过气体净化装置11被脱硫，干气被排放。产品性质见表3。
本实施例的各基础工艺数据如下：
表1 渣油性质表
项目 混合进料
比重(20℃)g/cm3 1.044
运动粘度(100℃)mm2/s 2658.7
凝点℃ 45
残炭wt％ 24.89
灰分wt％ 0.13
酸值mg KOH/g 1.81
组分分析wt％
C 86.79
H 10.34
C/H摩尔比 1.39
Swt％ 2.39
N wt％ 0.83
四组分分析wt％
饱和分 23.24
芳香分 39.5
胶质 24.61
沥青质 12.59
重金属μg/g
Ni 108.2
V 402
Na 33.1
Fe 14.2
Cu 0.25
表2 煤粉性质表
项目 单位 数值
工业分析 ％
空气干燥基水分 Mad 19.56
收到基灰分 Aar 11.22
干基灰分 Ad 17.03
干基挥发分 Vd 36.07
干燥无灰基挥发分 Vdaf 43.47
干基固定炭 FCd 46.93
发热量 MJ/Kg
干基低位发热量 Qgr,d 21.8
干燥无灰基低位发热量 Qgr,daf 26.3
空气干燥基低位发热量 Qnet,ad 17.9
收到基低位发热量 Qnet,ar 14.4
元素分析 ％
碳含量 Car 39.71
Cd 60.26
Cdaf 72.62
氢含量 Har 2.59
Hd 3.93
Hdaf 4.74
氮含量 Nar 0.62
Nd 0.94
Ndaf 1.13
硫含量 St,ar 1
Sd 1.52
Sdaf
氧含量 Oar 10.79
Od 16.37
Odaf
可磨性 HGI 50
表3 产品性质表
轻气体 12.8％
轻油 78.9％
渣浆 12.3％
总计(100+氢耗量) 104.0％
本实施例中试浆态床的基本工艺参数：
温度：440-460℃；
实验压力：17-18Mpa；
氢油比：1000:1～1400:1；
空速：0.5h-1；
油/煤进料质量比：30：70
回炼蜡油占总进料质量分数：8％；
催化剂/进料油煤浆：1/100(wt)；
硫化剂/进料油煤浆：2.5/100(wt)；
浆态床化学耗氢量(氢气/进料)：4/100(wt)。
实施例2
本实施例的操作流程大致同实施例1，区别在于进料中油与煤的质量比变为50:50。
本实施例的渣油与煤性质同实施例1，使用的催化剂为铁与有效活性组分钼的物质的量的比为1:170～1:200。采用喷雾造粒的方式制得，尺寸在小于50μm。
本实施例浆态床的基本工艺参数：
温度：450-470℃；
实验压力：18-20Mpa；
氢油比：900:1～1200:1；
空速：0.6h-1；
油/煤进料质量比：50：50；
回炼蜡油占总进料质量分数：20％；
催化剂/进料渣油：1.0/100(wt)；
硫化剂/进料渣油：3.5/100(wt)；
浆态床化学耗氢量(氢气/进料)：2.8-4.1/100(wt)(wt)。
本实例的产品性质见表4.
表4 产品性质表
轻气体 14.7％
轻油 75.2％
渣浆 14.5％
总计(100+氢耗量) 104.4％
从上述实施例可以看出，本发明通过改进，实现了在低压环境下的高轻油收率，特别是固含量的提高，可以显著的节约成本，提高效益，可以为国家缓解原有紧张和节能降耗做出巨大的贡献。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，例如各成分比例在合理范围内的调整，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于包括以下步骤：
首先，将煤磨成煤粉，干燥；将所述煤粉与减压渣油、常压渣油、流化催化裂化油浆、重质原油或焦油砂沥青中的一种或者几种的混合物以及蜡油加入煤油混合制浆装置中制成油煤浆；将油煤浆升到反应压力，同催化剂及添加剂、氢气混合，经过预热器，进入浆态床反应器进行热裂化及加氢反应，反应过程中的焦炭、沥青质和重金属均吸附在催化剂、添加剂及未反应的煤粉上，然后所有产物进入热高压分离器，固体从底部分离，气体从顶部分离后再进入固定床反应器进一步加氢裂化或精制，得到的馏分油进入分馏塔，塔底的蜡油循环至所述煤油混合制浆装置；其中所述催化剂为钼酸盐与铁的混合物，所述添加剂为硫化剂，所述浆态床反应器内的反应压力为17-20MPa，所述煤粉、渣油进料比例为15:85-60:40，所述催化剂、添加剂与煤油浆原料的添加比例为0.8-1.2：2-4：100。
2.根据权利要求1所述的一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于所述煤粉的颗粒粒径范围为50-200μm。
3.根据权利要求1所述的一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于所述添加剂为二硫化碳、二甲基硫醚、二甲基二硫化物、正丁基硫醇和硫化钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于所述催化剂为将铁粉与钼酸铵溶液混合喷雾造粒制成，所述催化剂的颗粒大小为小于10μm。
5.根据权利要求4所述的一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于所述钼酸铵溶液的质量百分比浓度为10％-50％，铁与有效活性组分钼的物质的量的比为1:150～1:200。
6.根据权利要求1所述的一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于所述蜡油添加量为总进料的8-20％。
7.根据权利要求1所述的一种油煤混合加氢炼制技术，其特征在于所述油煤浆制备过程分为润湿、分散和溶胀三个步骤。
8.一种油煤混合加氢炼制设备，其特征在于煤油混合制浆装置经煤油浆输送管道首先连接催化剂和添加剂的加剂装置，再与氢气输送管道汇合后连接加热炉，然后连接浆态床反应器；浆态床反应器进一步连接热高压分离器，所述热高压分离器上方连接固定床反应器，下方连接减压闪蒸塔；所述固定床反应器进一步连接冷高压分离器，所述冷高压分离器上方连接气体净化装置，下方链接分馏塔，所述浆态床反应器内部只设介质分布器，不设床层支撑板，内壁为陶瓷，所述分馏塔出蜡油处连接煤油混合制浆装置。
9.根据权利要求8所述的一种油煤混合加氢炼制设备，其特征在于所述加剂装置位于煤油浆输送管道的支管道上，一部分煤油浆在支管道上的加剂装置与催化剂和添加剂混合后再与主煤油浆输送管道汇合。
10.根据权利要求8所述的一种油煤混合加氢炼制设备，其特征在于所述气体净化装置通过循环气压缩机连接加热炉回收氢气。
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