CN109355100B

CN109355100B - 一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺

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Publication number: CN109355100B
Application number: CN201811543935.9A
Authority: CN
Inventors: 韩磊; 李大鹏; 王明峰; 霍鹏举; 高亚男; 王永娟; 黄传峰; 程秋香; 杨天华; 刘树伟; 王焜
Original assignee: Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Current assignee: Northwest Research Institute Of Chemical Industry Co ltd
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: CN109355100A

Abstract

一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，该工艺首先对煤焦油轻质组分进行提酚处理；然后对煤焦油重馏分油进行预加氢，促进重馏分油中胶质、沥青质转化为部分氢化多环芳烃，提高重馏分油的供氢性能；最后将加氢后分离器中的不同馏程液相产物与煤粉混合进入煤油共炼装置，最终得到汽油、柴油以及酚类产物，实现煤焦油与煤共处理。本发明方法将煤焦油提酚、重馏分预加氢与煤油共炼工艺相结合，不仅实现了煤焦油的分质利用，而且为煤油共炼提供大量具有良好供氢性能的溶剂油，大幅度提高煤焦油、及煤的转化效率，具有氢耗低、油收率高、经济效益好，利于煤油共炼装置长周期、规模化运转等优点。

Description

一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺

技术领域

本发明属于化工技术领域，特别涉及一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺。

背景技术

煤液化技术是指煤在氢气和催化剂作用下，通过深度加氢裂化反应将其转化为液体燃料、化工原料和产品的先进煤清洁化技术。我国是煤炭生产大国，同时也是燃料油的消费大国，原油的对外依存度接近60％，因此，发展煤加氢液化技术技术是实现煤炭资源清洁高效化利用、确保我国能源环境安全、缓解我国环境污染现状的重要方法之一。

神华集团开发出具有我国自主产权的煤直接液化(CDCL)技术(中国专利1587351)，实现了百万吨的生产规模。该技术以神华煤为液化原料，采用带有强制循环泵的两段串联悬浮床加氢裂化反应器，配合循环加氢溶剂及铁基高效催化剂，实现煤炭的液化反应。该技术在实现煤直接液化过程中将大部分液化产物作为溶剂油返回装置，大幅度降低了煤直接液化装置的处理能力，同时面临着溶剂油经过多次循环裂化反应，造成溶剂油过轻、成浆性差、供氢能力不足等问题。

煤焦油是煤炭在高温干馏过程中所得到的一种液体产物，相比于石油基馏分油，煤焦油保持了煤炭部分化学组成特点，具有杂原子含量高、灰分高、多环芳烃含量高、胶质、沥青质含量高等特点，使其在采用常规的石油加氢处理催化剂及工艺过程时存在反应系统结焦沉积、催化剂使用寿命等问题。依照相似相溶的原理，溶剂结构与煤分子近似的多环芳烃对煤热解的自由基碎片有较强的溶解能力，因此将煤焦油作为溶剂油与煤进行反应，是实现煤焦油与煤共加工的一种重要途径。专利CN104419437A公开了一种混有高温煤焦油的煤直接液化工艺，该工艺包括对高温煤焦油进行净化处理，将净化处理后的高温煤焦油进行减压或常压蒸馏，切割成＜350℃的轻油馏分和＞350℃的重油馏分；煤粉与＞350℃的重油馏分混合成的油煤浆、氢气和催化剂在一级反应器内反应，将一级反应产物送入二级反应器的上部，一级反应产物中的气相组分由二级反应器顶部流出，固液组分在二级反应器内向下流动，与向上流动的氢气逆流接触反应，反应结束后分馏即可。

大量研究表明，部分氢化的多环芳烃(如四氢萘、二氢菲、二氢蒽、四氢蒽等)才是良好的煤加氢液化供氢溶剂油。专利CN104194830A公开了一种煤直接液化循环溶剂、其加工方法和利用其的煤直接液化方法，该方法通过将循环溶剂切割分馏，重馏分加氢等步骤为煤直接液化反应提供一种供氢性能较优的煤直接液化循环溶剂。未经处理的全馏分煤焦油部分氢化的多环芳烃含量低，供氢能力差，且含有大量的胶质沥青质，因此，根据专利CN104419437A所述直接将煤与煤焦油进行液化反应，虽然可以实现煤与煤焦油的共处理，但在处理高胶质、沥青质煤焦油过程中面临转化率低、反应物易结焦等问题，同时，煤焦油含有较高的氧化合物，其中酚及其衍生物含量可达8％-30％，这些酚具有较高的经济价值，直接对其加氢反应将增加反应过程中的氢耗，经济效益较低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，不仅能够为煤加氢液化反应提供大量具有良好供氢性能的溶剂油，而且实现煤焦油分质利用，大幅度提高煤油共炼装置的生产效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，包括以下步骤；

a)煤焦油13进入蒸馏装置1进行分离，分离出的轻组分进入焦油提酚装置3获得粗酚15、抽余油16，分离出的重组分与重油加氢催化剂14、循环油浆31进入混合罐2经过充分搅拌后与氢气17一起进入预加氢反应装置4；

b)经预加氢反应装置4反应后的气液产物依次进入热高压分离器5、中温高压分离器6和低温高压分离器7，分别得到高温溶剂油18、低温溶剂油19和轻质油28；

c)中温高压分离器6分离出的低温溶剂油经过降温降压后与煤粉20、煤直接液化催化剂21进入油煤混合罐8混合经升温升压后，与热高压分离器5分离出的高温溶剂油18混合得到油煤浆并与氢气22混合后进入煤油共炼装置9；

d)经煤油共炼装置9的产物送入气液分离装置10得到轻组分油和重组分油，重组分油送入减压蒸馏装置12得到塔顶油29、残渣30以及侧线采出的循环油浆31，循环油浆31循环返回步骤a)的混合罐，残渣30排出减压蒸馏装置12；

e)减压蒸馏装置12分离出的塔顶油29与步骤a)焦油提酚装置3分离出的抽余油、步骤b)低温高压分离器7分离出的轻质油28、步骤e)气液分离装置10分离出的轻组分油及氢气23混合后进入固定床加氢装置11，得到LPG24、汽油组分25、柴油组分26和循环蜡油27，循环蜡油27返回固定床加氢装置11。

所述步骤a)的煤焦油13是经过脱水、脱除机械杂质预处理的水含量不高于2％，机械杂质不高于1％，胶质、沥青质总含量高于80％的低温煤焦油、中低温煤焦油、高温煤焦油的一种或者一种以上任意比例的混合物。

所述预加氢反应装置4采用一个或一个以上串联的结构，预加氢反应装置4为鼓泡床反应器、悬浮床反应器、沸腾床反应器中的一种或一种以上串联结构，其操作压力为10～18MPa，温度为380～465℃，氢油体积比为500～2000，空速为0.8～2.5h^-1。

所述步骤b)的热高压分离器5顶部温度为300～440℃，压力为10～18MPa，高温溶剂油初馏点≥280℃。

所述步骤b)中温高压分离器6顶部温度为200℃～350℃，压力为10～18MPa，低温溶剂油的馏程范围为200℃～460℃。

所述步骤c)的油煤浆中煤粉的质量含量为35～55％，所述煤粉为次烟煤、褐煤中的一种或其混合物，煤油共炼催化剂的质量含量为0.5～4％。

所述的煤油共炼装置9采用一个或一个以上串联的悬浮床反应器，悬浮床反应器操作压力为18～23MPa，温度为440～500℃，气液比为500～1500L/kg，空速为0.2～1.5h^-1。

所述的固定床加氢装置11采用一个或一个以上串联的固定床反应器，反应器中设置加氢精制催化剂床层、加氢改质催化剂床层、加氢裂化催化剂床层，固定床反应装置操作压力为8～18MPa，温度为320℃～420℃，氢油体积比为600～2400，空速为0.5～2.0h^-1。

所述固定床加氢装置11为两个串联的固定床反应器时抽余油、轻质油进入第二固定床反应器床层。

本发明的有益效果：

(1)本发明方法将煤焦油提酚工艺与煤油共炼工艺相结合，不仅实现了煤焦油的分质利用，而且为煤油共炼提供大量的溶剂油，大幅度提高煤油共炼装置的生产效率，降低了煤焦油加工过程中的氢耗和对设备的腐蚀，获得附加值高的酚类，增加工艺的经济效益。

(2)本发明方法对重馏分煤焦油进行缓和的预加氢反应，促进煤焦油中沥青质、胶质量组分加氢转化为部分氢化多环芳烃，使其成为一种具有良好供氢性能的煤油共炼溶剂油，提高煤焦油以及煤的转化效率，增强装置对高沥青质、高胶质煤焦油的适应性。

(3)重馏分煤焦油经过预加氢后，采用多级分离的方式对加氢产物进行分离，根据其不同分离器产物温度、压力、组成特点，将热高压分离器所得高温溶剂油直接送入煤油共炼反应器，降低了反应的能耗，将中温高压分离器所得低温溶剂油与煤进行混合，有利于煤粉的成浆、溶解、输送。

(4)预加氢反应装置采用鼓泡床、悬浮床反应器时，重油加氢催化剂经过预加氢反应后与高温溶剂油共同进入煤油共炼反应装置，提高煤加氢液化性能。

(5)本发明方法将减压塔侧线采出馏分油作为循环溶剂油返回进行加氢反应，为固定床加氢装置提供氢碳比高、杂原子含量低的加氢反应原料，防止固定床催化剂的结焦、中毒、失活。

(6)固定床加氢装置为多个固定床反应器时，将轻质馏分油选择性进入固定床反应器，降低了轻质馏分油的裂化，提高油品收率。

(7)本发明方法具有煤、煤焦油转化率高，液体收率高，氢耗低等优点，易于实现煤油共炼装置长周期、规模化运转。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程示意图。

图2为本发明实施例中两种煤焦油的馏程分布曲线。

其中，1-蒸馏装置；2-混合罐；3-焦油提酚装置；4-预加氢反应装置；5-热高压分离器；6-中温高压分离器；7-低温高压分离器；8-油煤混合罐；9-煤油共炼装置；10-气液分离装置；11-固定床加氢装置；12-减压蒸馏装置；13-煤焦油；14-重油加氢催化剂；15-粗酚；16-抽余油；17-氢气；18-高温溶剂油；19-低温溶剂油；20-煤；21-煤油共炼催化剂；22-氢气；23-氢气；24-LPG；25-汽油组分；26-柴油组分；27-循环蜡油；28-轻质油；29-减压塔塔顶油；30-残渣；31-循环油浆；32-轻组分油。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例采用的两种煤焦油为榆林地区具有代表性的中低温煤焦油，煤粉为榆林地区西湾煤，氢气来源为煤制氢的方式获得。原料性质、试验条件以及实验结果、产品分布如图、表所示。

实施例1

参见图1图2，煤焦油13送入蒸馏装置1进行分离，分离出的轻组分进入焦油提酚装置3获得粗酚15、抽余油16，重组分与重油加氢催化剂14、循环油浆31进入混合罐2经过充分搅拌后与氢气17一起进入预加氢反应装置4；预加氢反应装置4包含3个依次串联的鼓泡床反应器，操作压力16MPa，温度447℃，氢油体积比1600，空速为1.42h^-1；预加氢反应装置4的气液产物依次进入热高压分离器5、中温高压分离器6、低温高压分离器7，得到高温溶剂油18、低温溶剂油19以及轻质油28，高温溶剂油18直接进入煤油共炼装置9；热高压分离器顶部温度为384℃，压力为16Mpa；中温高压分离器顶部温度为223℃，压力为16Mpa；低温溶剂油19经过降温降压与煤粉20、煤液化催化剂21进入油煤混合罐8进行脱气，经过升温升压后，与高温溶剂油混合得到油煤浆，油煤浆与氢气22进入煤油共炼装置9，油煤浆中煤粉的质量比例为46％，煤油共炼催化剂21为负载型铁剂催化剂，加入量为1％(Fe/干基煤)；煤油共炼装置9包含2个悬浮床反应器，悬浮床反应器操作压力19MPa，温度456℃，气液比1000L/kg，空速为0.68h^-1。煤油共炼装置9产物经过气液分离装置10，得到轻组分油和重组分油，重组分油进入减压蒸馏装置12得到塔顶油29、残渣30以及侧线采出的循环油浆31，循环油浆31返回混合罐2，残渣30排出装置；塔顶油29、抽余油15、轻质油28、轻组分油32与氢气23混合后进入固定床加氢装置11，得到LPG24、汽油组分25、柴油组分26以及循环蜡油27，循环蜡油27返回固定床加氢装置11；固定床加氢装置11包含两个固定床反应器，第一反应器温度为380℃、压力16Mpa，氢油体积比1400，空速为0.6h^-1，第二反应器压力16MPa，温度365℃，氢油体积比1400，空速为0.6h^-1；抽余油15、轻质油28在第二反应器入口处进入床层。

实施例2

实施例2采用与实施例1相同的工艺流程，不同点在于，预加氢反应装置中鼓泡床反应器的操作压力16MPa，温度450℃，氢油体积比1600，空速为1.54h^-1，同时采用胶质、沥青质含量高的中低温煤焦油2作为原料，进入煤油共炼反应装置的油煤浆浓度为43％。

表1中低温煤焦油性质

表2干基煤粉性质

项目	单位	西湾洗精煤
			工业分析
灰分	wt％	8.40
			挥发分	wt％	34.02
元素分析
			碳含量	wt％	75.06
氢含量	wt％	4.38
			硫含量	wt％	0.54
氮含量	wt％	0.94
			氧含量	wt％	10.36
H/C原子比	-	0.70
			煤岩相分析
镜质组	wt％	63.2
			惰质组	wt％	32.6
壳质组	wt％	1.6

表3试验物料平衡表

试验物料平衡表3所示的煤焦油与煤粉中所含有的水，在平衡计算生成的水产物中进行扣除，煤油共炼反应装置所用的固体负载型铁剂催化剂，硫化剂等物料，在物料平衡计算过程中残渣、硫化氢产物中扣除，不列入平衡表中。虽然以上通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但在不超出本发明的构思范围内，本领域技术人员可根据具体应用的需要对上选实施例进行修改和改变。

表1和表2为煤焦油加工与煤共炼组合工艺原料的性质，表1列举了两种不同种类的煤焦油原料。煤焦油1含有较高的饱和份、芳香份以及沥青质，氢碳比相对较低；煤焦油2中的胶质含量高，达到77.35％，氢碳比含量高；且两种煤焦油中的氧含量基本相同，约为6.3％；原料煤选自西湾精洗煤，灰分含量为8.4％，挥发分含量达到63.2％，适宜于煤的加氢液化反应过程。图2为两种煤焦油的馏程分布曲线，由图可知，两种煤焦油的馏程分布在100～600℃之间，50％馏出温度为360～390℃之间，属于低温煤焦油范围，且煤焦油1的馏分略重。

表3为两种煤焦油分别于西湾煤进行煤焦油的加工与煤共炼组合工艺加工结果，以煤粉为100％标准进料计算，煤焦油1的转化率可达到98.82％，共炼煤的转化率达到92.57％，粗酚收率为7.3％，总液相收率达到174.43％，相当于进料(煤焦油+煤)的74.36％，氢耗仅为6.33％，相当于进料(煤焦油+煤)的2.69％；煤焦油2的转化率达到97.46％，共炼煤转化率为91.83％，粗酚收率为15.71％，总液相收率达到209.35％，相当于进料(煤焦油+煤)的80.08％，氢耗仅为6.93％，相当于进料(煤焦油+煤)的2.65％；表明本发明涉及的煤焦油加工与煤共炼组合工艺，实现了煤焦油的分质利用，为煤油共炼提供大量的溶剂油，大幅度提高煤油共炼装置的生产效率，获得附加值高的酚类，增加工艺的经济效益，不仅实现煤、煤焦油的高转化率，而且液体收率高，氢耗低等优点，易于实现煤油共炼装置长周期、规模化运转。

Claims

1.一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，其特征在于，包括以下步骤；

a)煤焦油(13)进入蒸馏装置(1)进行分离，分离出的轻组分进入焦油提酚装置(3)获得粗酚(15)、抽余油(16)，分离出的重组分与重油加氢催化剂(14)、循环油浆(31)进入混合罐(2)经过充分搅拌后与氢气一起进入预加氢反应装置(4)；

b)经预加氢反应装置(4)反应后的气液产物依次进入热高压分离器(5)、中温高压分离器(6)和低温高压分离器(7)，分别得到高温溶剂油(18)、低温溶剂油(19)和轻质油(28)；

c)中温高压分离器(6)分离出的低温溶剂油经过降温降压后与煤粉(20)、煤直接液化催化剂(21)进入油煤混合罐(8)混合经升温升压后，与热高压分离器(5)分离出的高温溶剂油(18)混合得到油煤浆并与氢气混合后进入煤油共炼装置(9)；

d)经煤油共炼装置(9)的产物送入气液分离装置(10)得到轻组分油和重组分油，重组分油送入减压蒸馏装置(12)得到塔顶油(29)、残渣(30)以及侧线采出的循环油浆(31)，循环油浆(31)循环返回步骤a)的混合罐，残渣(30)排出减压蒸馏装置(12)；

e)减压蒸馏装置(12)分离出的塔顶油(29)与步骤a)焦油提酚装置(3)分离出的抽余油、步骤b)低温高压分离器(7)分离出的轻质油(28)、步骤d)气液分离装置(10)分离出的轻组分油及氢气混合后进入固定床加氢装置(11)，得到LPG(24)、汽油组分(25)、柴油组分(26)和循环蜡油(27)，循环蜡油(27)返回固定床加氢装置(11)；

所述预加氢反应装置(4)采用一个或一个以上串联的结构，预加氢反应装置(4)为鼓泡床反应器、悬浮床反应器、沸腾床反应器中的一种或一种以上串联结构，其操作压力为10～18MPa，温度为380～465℃，氢油体积比为500～2000，空速为0.8～2.5h^-1；

所述的固定床加氢装置(11)采用一个或一个以上串联的固定床反应器，反应器中设置加氢精制催化剂床层、加氢改质催化剂床层、加氢裂化催化剂床层，固定床反应装置操作压力为8～18MPa，温度为320℃～420℃，氢油体积比为600～2400，空速为0.5～2.0h^-1。

2.根据权利要求1所述的一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，其特征在于，所述步骤a)的煤焦油(13)是经过脱水、脱除机械杂质预处理的水含量不高于2％，机械杂质不高于1％，胶质、沥青质总含量高于80％的低温煤焦油、中低温煤焦油、高温煤焦油的一种或者一种以上任意比例的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，其特征在于，所述步骤b)的热高压分离器(5)顶部温度为300～440℃，压力为10～18MPa，高温溶剂油初馏点≥280℃。

4.根据权利要求1所述的一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，其特征在于，所述步骤b)中温高压分离器(6)顶部温度为200℃～350℃，压力为10～18MPa，低温溶剂油的馏程范围为200℃～460℃。

5.根据权利要求1所述的一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，其特征在于，所述步骤c)的油煤浆中煤粉的质量含量为35～55％，所述煤粉为次烟煤、褐煤中的一种或其混合物，煤油共炼催化剂的质量含量为0.5～4％。

6.根据权利要求1所述的一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，其特征在于，所述的煤油共炼装置(9)采用一个或一个以上串联的悬浮床反应器，悬浮床反应器操作压力为18～23MPa，温度为440～500℃，气液比为500～1500L/kg，空速为0.2～1.5h^-1。

7.根据权利要求1所述的一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，其特征在于，所述固定床加氢装置(11)为两个串联的固定床反应器时抽余油、轻质油进入第二固定床反应器床层。