CN106906001B - 高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其包括：将重质油、第一未加氢循环溶剂以及催化剂混合，制得油浆，加氢裂解得到第一产物，分离，得到第一轻质馏分油和第一重质馏分油；将第一重质馏分油、第二未加氢循环溶剂以及煤粉混合，制成油煤浆，加氢裂解得到第二产物，分离，得到第二轻质馏分油和第二重质馏分油；第二重质馏分油一部分分离得到残渣和第三重质馏分油，其中第三重质馏分油作为第一未加氢循环溶剂，用于制备油浆；另一部分作为第二未加氢循环溶剂，用于制备油煤浆；将第一轻质馏分油与第二轻质馏分油进行加氢提质，得到第三产物，分离，得到石脑油、航空煤油和柴油。本发明提高了惰质组含量较高的煤的转化率，增加了液体产品的收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，具体来说，本发明通过重质油预处理降低其粘度，提高其供氢性，然后与高惰质组含量的煤共处理，从而实现高惰质组含量的煤和重质油最大化的生产清洁油品的目的。
背景技术
2015年，中国原油加工量达到了5.22亿吨，净进口量为3.34亿吨，原油对外依存度高达64％，预计到2020年原油进口量将达到5亿吨，供需矛盾尖锐严重威胁国家能源安全。而中国拥有丰富的低变质煤炭资源，这些低变质煤反应活性高，通过煤直接液化技术可以将煤转化成清洁车用燃料，是有效地缓解我国石油供需矛盾的重要途径，目前，除了中国外，美国、德国、日本等都开发了各自的煤直接液化技术。但煤直接液化技术易存在循环溶剂油短缺的问题，一旦溶剂油出现短缺，则需要从柴油馏分中抽出部分重组分油来保证整个装置的稳定运行，从而降低了产品油的收率，而且循环溶剂经过多次循环后，易出现轻质化现象，溶剂轻质化易造成煤粉沉降及其供氢性能下降，从而堵塞管线及反应器，影响整个装置的稳定运行。
为了改善或消除煤直接液化技术中溶剂油短缺的问题，提高产品油收率，在煤直接液化的基础上，研究人员尝试将煤直接液化需要的循环溶剂用重质油(如重质原油、渣油、催化裂化油浆、煤焦油等)替代，全部或部分取消循环溶剂，并取得了不错的效果。与煤直接液化技术相比，煤油共炼技术存在油产率高、氢耗低、氢利用率高等优点。而且煤油共炼技术在使煤液化的同时，也能使重质油轻质化，因此，越来越受到研究者的重视。美国，德国、加拿大、日本、中国等相继开发了多种煤油共炼技术。从目前公开的煤油共处理工艺来看，可以将煤油共炼分为两大类：第一类是单程通过的煤油共炼工艺，该工艺的显著特点是煤油共处理时不需要循环溶剂；第二类是循环回炼的煤油共炼工艺，该工艺的显著特点是煤油共处理的过程中仍需要循环溶剂。
上述煤油共炼工艺技术虽然实现了煤和重质油的共同加工，但煤的性质及重质油的性质对煤油共处理结果影响较大：首先，煤油共炼用煤一般选取年老的褐煤及年轻的烟煤(包括长焰煤、弱粘煤、不粘煤及部分气煤)，一般褐煤的转化率与煤直接液化时的转化率基本一致，但烟煤转化率会有所降低，尤其是惰质组含量较高(15％-45％)的烟煤，其中未转化的煤最终会聚集在液化残渣中，使液化残渣产量增大，这是我们所不希望的。第二，重质油的性质直接影响配成油煤浆的性质。在单独煤直接液化中，一般要求油煤浆的粘度在50-500mPa.s(80℃)，而渣油自身的粘度高，用这种大粘度的重质油配制油煤浆时，一方面会大幅度降低油煤浆中煤粉的掺加比例，通常只能将油煤浆中煤粉的含量控制在30％-40％，从而降低了煤液化装置处理煤的能力，降低了设备利用率；另一方面会大幅提高油煤浆的粘度，这种高粘度的油煤浆不利于泵的输送，而且传热及传质效果较差。第三，重质油的供氢能力会直接影响煤的液化效果。在煤油共处理过程中，重质油除了自身发生加氢裂化反应外，还需要为煤液化提供和转移活性氢，研究发现，部分氢化芳烃及环烷烃有供氢能力，而链烷烃不具有供氢能力，因此，为了保证煤油共处理的效果，目前上述煤油共炼工艺所用的石油渣油大都选自芳烃及环烷烃含量较高的环烷基原油的渣油、中间-环烷基原油的渣油及其混合物，而石蜡基原油的渣油则通常被排除在外。实际上由与石蜡基原油的渣油含有大量的链烷烃，若其与煤进行共加工，得到的柴油的十六烷值会更高。
如何降低重质油的粘度以使反应系统最大限度的处理煤和重质油，并使惰质组含量较高的煤保持较高的转化率，从而扩大惰质组含量较高的煤及链烷烃含量较高的重质油的适用范围，提高产品柴油的十六烷值，是本领域技术人员亟待解决的问题。现有技术中，主要通过热裂化来进行预处理以降低重质油的粘度，但热裂化温度较高，一般在450-480℃，重质油容易出现结焦现象，使总体油收率降低，并且并未涉及如何提高重质油的供氢能力。因此，有必要开发一种新型的煤油共炼工艺，既能够使惰质组含量较高的煤保持较高的转化率，又对各种重质油有良好的适应性，从而能够尽可能多的生产燃料油。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种新型的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，所要解决的技术问题是使其提高惰质组含量较高的煤的转化率，增加液体产品的收率，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其包括：
1)将重质油、第一未加氢循环溶剂以及催化剂混合，制得油浆；将所述的油浆进行第一加氢裂解反应，得到第一产物；将所述的第一产物分离，得到第一轻质馏分油和第一重质馏分油；
2)将所述的第一重质馏分油、第二未加氢循环溶剂以及煤粉混合，制成油煤浆，将所述的油煤浆进行第二加氢裂解反应，得到第二产物，将所述的第二产物进行分离，得到第二轻质馏分油和第二重质馏分油；
3)所述的第二重质馏分油分为两部分，一部分分离得到残渣和第三重质馏分油，其中所述的第三重质馏分油作为第一未加氢循环溶剂，用于制备油浆；另一部分作为第二未加氢循环溶剂，用于制备油煤浆；
4)将所述的第一轻质馏分油与所述的第二轻质馏分油进行第三加氢提质，得到第三产物，将所述的第三产物分离，得到石脑油、航空煤油和柴油。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其中所述的煤焦油包括中低温煤焦油、高温煤焦油及其加工后的重馏分油；
所述石油炼制低附加值产品油为催化裂化油浆、渣油、溶剂萃取得到的芳烃、乙烯裂解焦油中的至少一种。
优选的，前述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其中所述的催化剂的金属活性组分为Fe、Ni、Co、Mo、Ti、W中的至少一种；所述催化剂的活性组分的质量为重质油的0.002-2％；所述的第一未加氢循环溶剂与重质油的质量之比为1：10-6：4。
优选的，前述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其中所述的第一加氢裂解反应的反应温度为370-430℃，氢分压为12-20MPa，气液比为400-1500，空速为0.5-1.5h-1；
所述第二加氢裂解反应的反应温度为430-470℃，氢分压为15-22MPa，气液比为600-1800，空速为0.3-0.8h-1；
所述的第三加氢提质的反应温度为320-420℃。氢分压为10-20MPa，空速为0.5-4.0h-1。
优选的，前述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其中所述的第一产物通过高温分离器和低温分离器进行分离，所述的高温分离器的分离温度为250-370℃，所述低温分离器的分离温度为室温；
所述的第二产物通过高温分离器和低温分离器进行分离；
所述的残渣和第三重质馏分油的通过减压蒸馏分离。
优选的，前述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其中所述的第一轻质馏分油馏程为终馏点小于370℃，第一重质馏分油的切割温度大于350℃；
所述的第二轻质馏分油馏程为终馏点小于370℃，第二重质馏分油的切割温度大于350℃；
所述的第三重质油及残渣的分离通过减压蒸馏来实现，第三重质油的终馏点小于等于520℃。
优选的，前述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其中所述的油煤浆中煤粉的质量百分含量为40-50％，所述的煤粉的粒径小于0.3mm，水分含量小于等于4.0％。
优选的，前述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其中所述的第二未加氢循环溶剂占第二重质馏分油中的质量比为50-90％。
借由上述技术方案，本发明高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法至少具有下列优点：
(1)本发明的重质油通过预加氢处理，大幅度降低了重质油的粘度，能保证所配制得油煤浆的浓度在40％以上，基本不影响煤直接液化装置的加工能力；
(2)本发明重质油与第一未加氢循环溶剂通过预加氢，使体系中的芳烃变为部分氢化芳烃，提高了供氢能力，并将产物中含链烷烃较高的轻质油分离，仅用富含芳烃较多重质馏分油作为配制油煤浆的溶剂油，进一步提高了其供氢能力；
(3)本发明配制油煤浆的溶剂油沸点高于350℃，改善了溶剂油或油煤浆的高温性能，也避免了液化生成的轻质馏分油的二次裂化；
(4)扩大了重质油的适用范围，尤其可以用于加工石蜡基原油的渣油；提高了惰质组含量较高的煤的转化率至90-93％，可以使液体产品的收率可达到70％以上，比现有方法提高1-15个百分点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法的工艺流程图；
图2是对比例1的工艺流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明的一个实施例提出的一种高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其包括：
1)将重质油、第一未加氢循环溶剂以及催化剂混合，制得油浆；将所述的油浆进行第一加氢裂解反应，得到第一产物；将所述的第一产物分离，得到第一轻质馏分油和第一重质馏分油；
2)将所述的第一重质馏分油、第二未加氢循环溶剂以及煤粉混合，制成油煤浆，将所述的油煤浆进行第二加氢裂解反应，得到第二产物，将所述的第二产物进行分离，得到第二轻质馏分油和第二重质馏分油；
3)所述的第二重质馏分油分为两部分，一部分分离得到残渣和第三重质馏分油，其中所述的第三重质馏分油作为第一未加氢循环溶剂，用于制备油浆；另一部分作为第二未加氢循环溶剂，用于制备油煤浆；
4)将所述的第一轻质馏分油与所述的第二轻质馏分油进行第三加氢提质，得到第三产物，将所述的第三产物分离，得到石脑油、航空煤油和柴油。
其中，重质油可以选择低品质的原油及石油加工后的低附加值产品如：催化裂化油浆、渣油、溶剂萃取得到的芳烃、乙烯裂解焦油等，还可以选择中低温煤焦油、高温煤焦油及其加工后的重馏分油中的一种或多种；催化剂的金属活性组分可以是Fe、Ni、Co、Mo、Ti和W等过渡金属中的一种或多种；油浆中催化剂的添加量根据具体情况来确定，其活性组分与重质油的占比为0.002-2％，未加氢循环溶剂与重质油的掺混比例为1:10-6:4。
第一加氢裂解反应的可以在1个或2个浆态床或鼓泡床反应器中进行，反应温度为370-430℃，氢分压为12-20MPa，气液比为400-1500，空速为0.5-1.5h-1。
第一产物的分离通过一个或多个高温分离器及低温分离器组合实现，其中高温分离器的分离温度为300-370℃，低温分离器的分离温度为室温；分离得到的第一轻质馏分油馏程为终馏点小于370℃，第一重质馏分油馏程为350℃以上。
煤粉粒径小于0.3mm，水分含量不超过4.0％，油煤浆中煤粉含量为40-50％，因第一重质馏分油及第二重质馏分油中均含有催化剂，因此制备的油浆中无需额外添加催化剂。
第二加氢裂解反应在两个或多个上流式浆态床反应器中进行，反应温度为430-470℃，氢分压为15-22MPa，气液比为600-1800，空速为0.3-0.8h-1。
第二产物的分离通过一个或多个高温分离器及低温分离器来实现，得到的第二轻质馏分油为终馏点小于370℃的馏分油，第二重质馏分油的馏程为大于350℃的馏分油。
用来配制煤浆的第二未加氢循环溶剂占第二重质馏分油中的质量比为50％-90％；第三重质馏分油及残渣的分离通过减压蒸馏来实现，第三重质油的终馏点不超过520℃。
第三加氢提质反应在固定床反应器中进行，使用加氢精制剂裂化催化剂，氢分压为10-20MPa，反应温度为320-420℃，空速为0.5-4.0h-1。
本发明的工艺流程图如图1所示。本发明高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法所采用的装置包括油浆预处理装置、煤油共炼装置、溶剂油循环装置和油品提质加工装置，其中，油浆预处理装置包括：油浆罐1，预热器2，反应器3，高温分离器4，低温分离器5；煤油共炼装置包括：油煤浆罐6，氢气预热器7，油煤浆预热器8，浆态床反应器9，高温分离器10，低温分离器11，减压蒸馏塔12；油品提质加工装置包括：固定床反应器13，分离器14，蒸馏塔15，上述煤油共炼装置的连接顺序依次为油浆预处理装置、煤油共炼装置和油品提质加工装置，所述的溶剂油循环装置的两端分别连接油浆罐1和煤油共炼装置中的减压蒸馏塔12。
实施例1
本实施例中的减压渣油的性质见表1；本实施例中的高惰质组含量的煤组分为新疆地区的低阶烟煤，其性质见表2。
本发明的一个实施例提出的一种高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其包括：
(1)将表1的减压渣油与第一未加氢循环溶剂按7:3比例制成油浆，在油溶性Mo催化剂存在下，在温度400℃、压力17MPa、气液比1000条件下进行第一预加氢反应，得到第一轻质馏分油和第一重质馏分油，Mo催化剂的添加量为减压渣油重量的0.03％；
(2)将第一重质馏分油与表2中的烟煤A及第二未加氢循环溶剂按0.5:1:1的比例制成油煤浆，在温度450℃、压力19MPa、气液比1500条件下进行第二加氢裂化反应，得到第二轻质馏分油和第二重质馏分油；
(3)将60％第二重质馏分油作为第二未加氢循环溶剂重新返回步骤(2)配制油煤浆，另40％第二重质馏分油通过减压蒸馏脱除残渣后得到第三重质馏分油，第三重质馏分油作为第一未加氢循环溶剂全部返回步骤(1)配制油浆；
(4)第一轻质馏分油与第二轻质馏分油按重量比1:5混合后进行第三加氢提质反应，反应温度为370℃，压力15MPa，得到液体燃料A，实验结果及液体燃料A性质见表3。
实施例2
本实施例中的高温煤焦油组分及性质见表1；本实施例中的高惰质组含量的煤组分为新疆地区的低阶烟煤，其性质见表2。
本发明的一个实施例提出的一种高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其包括：
(1)将表1中高温煤焦油与第一未加氢循环溶剂按9：1比例制成油浆，在油溶性Mo催化剂存在下，在温度390℃、压力17MPa、气液比1000条件下进行第一预加氢反应，得到第一轻质馏分油和第一重质馏分油，Mo催化剂的添加量为油浆重量的0.02％；
(2)将第一重质馏分油与表2中烟煤B及第二未加氢循环溶剂按0.7:1:0.8的比例制成油煤浆，在温度450℃、压力19MPa、气液比1500条件下进行第二加氢裂化反应，得到第二轻质馏分油和第二质重质馏分油；
(3)将80％第二重质馏分油作为第二未加氢循环溶剂重新返回步骤(2)配制油煤浆，另20％第二重质馏分油通过减压蒸馏脱除残渣后得到第三重质馏分油，第三重质馏分油作为第一未加氢循环溶剂全部返回步骤(1)配制油浆；
(4)第一轻质馏分油与第二轻质馏分油按1:4比例混合后进行第三加氢提质反应，反应温度为360℃，压力15MPa，得到液体燃料B，实验结果及液体燃料B性质见表3。
对比例1
采用与实施例1中相同的原料煤和重质油，采用图2中的工艺流程，以煤：循环溶剂：渣油＝1:1.2:0.7比例配制油煤浆，在450℃，19MPa下进行加氢裂化反应，得到的轻质油在370℃、17MPa下进行加氢提质，得到液体燃料C，实验结果及液体燃料C性质见表3。
其中，煤的转化率是以无水无灰基煤为基准；产物产率是以全部有机质进料为基准；氢利用率是油产率/氢耗。
表1重质油原料性质
表2新疆某低阶烟煤的性质
表3煤油共处理连续试验结果及物料性质
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，其包括：
1)将重质油、第一未加氢循环溶剂以及催化剂混合，制得油浆；将所述的油浆进行第一加氢裂解反应，得到第一产物；将所述的第一产物分离，得到第一轻质馏分油和第一重质馏分油；
2)将所述的第一重质馏分油、第二未加氢循环溶剂以及煤粉混合，制成油煤浆，将所述的油煤浆进行第二加氢裂解反应，得到第二产物，将所述的第二产物进行分离，得到第二轻质馏分油和第二重质馏分油；
3)所述的第二重质馏分油分为两部分，一部分分离得到残渣和第三重质馏分油，其中所述的第三重质馏分油作为第一未加氢循环溶剂，用于制备油浆；另一部分作为第二未加氢循环溶剂，用于制备油煤浆；
4)将所述的第一轻质馏分油与所述的第二轻质馏分油进行第三加氢提质，得到第三产物，将所述的第三产物分离，得到石脑油、航空煤油和柴油。
2.根据权利要求1所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的重质油为煤焦油、原油和/或经过加工处理后的低附加值产品油。
3.根据权利要求2所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的煤焦油包括中低温煤焦油及其加工后的重馏分油、高温煤焦油及其加工后的重馏分油；
所述低附加值产品油为催化裂化油浆、渣油、溶剂萃取得到的芳烃、乙烯裂解焦油中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的催化剂的金属活性组分为Fe、Ni、Co、Mo、Ti、W中的至少一种；所述催化剂的活性组分的质量为重质油的0.002-2％；所述的第一未加氢循环溶剂与重质油的质量之比为1：10-6：4。
5.根据权利要求1所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的第一加氢裂解反应的反应温度为370-430℃，氢分压为12-20MPa，气液比为400-1500，空速为0.5-1.5h-1；
所述第二加氢裂解反应的反应温度为430-470℃，氢分压为15-22MPa，气液比为600-1800，空速为0.3-0.8h-1；
所述的第三加氢提质的反应温度为320-420℃，氢分压为10-20MPa，空速为0.5-4.0h-1。
6.根据权利要求1所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的第一产物通过高温分离器和低温分离器进行分离，所述的高温分离器的分离温度为250-370℃，所述低温分离器的分离温度为室温；
所述的第二产物通过高温分离器和低温分离器进行分离；
所述的残渣和第三重质馏分油的通过减压蒸馏分离。
7.根据权利要求1所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的第一轻质馏分油馏程为终馏点小于370℃，第一重质馏分的切割温度大于350℃；
所述的第二轻质馏分油馏程为终馏点小于370℃，第二重质馏分油的切割温度大于350℃；
所述的第三重质油及残渣的分离通过减压蒸馏来实现，第三重质油的终馏点小于等于520℃。
8.根据权利要求1所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的油煤浆中煤粉的质量百分含量为40-50％，所述的煤粉的粒径小于0.3mm，水分含量小于等于4.0％。
9.根据权利要求1所述的高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法，其特征在于，所述的第二未加氢循环溶剂占第二重质馏分油中的质量比为50-90％。
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