阅读说明：本技术 一种油煤共炼的方法及其系统 (Method and system for oil-coal co-refining ) 是由 吴治国 王卫平 王蕴 王鹏飞 邹亮 于 2018-08-06 设计创作，主要内容包括：一种油煤共炼的方法及其系统,煤粉、石油基重质油、供氢溶剂油和催化剂按照一定比例混合配制成油煤浆,所述油煤浆经油煤共炼后得到低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分,所得轻馏分物流进入第一加氢反应区进行反应,所得重馏分物流进入第二加氢反应区进行反应,二者所得液相物流分离所得的中间馏分可作为供氢溶剂油。本发明提供的油煤共炼方法及其系统,具有结焦少、油煤浆性能稳定、转化率高、操作周期长的特点。(Coal powder, petroleum-based heavy oil, hydrogen-supplying solvent oil and a catalyst are mixed according to a certain proportion to prepare coal oil slurry, the coal oil slurry is subjected to coal oil co-refining to obtain low-carbon hydrocarbons, gasoline fractions, light fraction material flows, heavy fraction material flows and residual oil fractions, the obtained light fraction material flows enter a first hydrogenation reaction zone for reaction, the obtained heavy fraction material flows enter a second hydrogenation reaction zone for reaction, and the middle fraction obtained by separating the two obtained liquid phase material flows can be used as the hydrogen-supplying solvent oil. The oil-coal co-refining method and the oil-coal co-refining system provided by the invention have the characteristics of less coking, stable oil-coal slurry performance, high conversion rate and long operation period.)

一种油煤共炼的方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种油煤共炼的方法及其系统。

背景技术

在煤炭转化的众多技术中，高压加氢热解，即加氢液化或直接液化技术的能效高达59％，比间接液化的能效高10个百分点以上。油煤共炼技术发源于煤直接液化技术，同样具有能效高的优势。

最初的油煤共炼现有技术中，以石油馏分油替代直接液化的溶剂油，从而简化工艺流程、减少装置投资和操作费用。但是，石油馏分油种类很多，且多数并不适合直接替代供氢溶剂油。

CN104178214A“一种减粘重油与煤共炼制备液体燃料的方法”公开了：(1)重油在400～500℃下、加热不超过30min，进行热裂化减粘处理，得到减粘生成物；(2)对上述步骤(1)中的减粘生成物进行分离，得到气相物质和液相物质；(3)向上述步骤(2)中的液相物质中加入溶剂油混合均匀，得到混合溶剂；(4)将所述步骤(3)中的混合溶剂、煤粉和催化剂混合，配制得到油煤浆；(5)所述油煤浆经加氢反应得到液体燃料；其中液体燃料中250～500℃的馏分循环至所述步骤(3)作为溶剂油使用。该发明采用减粘重油代替重油与煤粉进行共炼反应，可以大大降低煤浆的粘度。该发明采用减粘重油与循环溶剂油混合后再与煤粉一起调制油煤浆，存在溶剂油供氢能力差的问题。

CN106433775A公开了一种煤油共炼方法及其装置，其主要内容为：将重质油、未加氢循环溶剂以及第一催化剂混合，制成油浆，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；煤油共炼：将所述的第一重质馏分油、煤粉、第二催化剂混合，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、第二重质馏分油和残渣；溶剂油循环：将所述的第二重质馏分油作为未加氢循环溶剂，用于所述的油浆的制备；成品分离：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，得到液体燃料。

CN102041018A公开一种煤和油共炼的处理方法，其主要内容为：煤和油共炼原料与供氢溶剂混合，供氢溶剂包括四氢萘或十氢萘，煤和油共炼原料与供氢溶剂的混合重量比为1∶0.5～1∶10，而煤和油共炼原料的混合比例为煤占油质量的2-50％。煤和油共炼原料与供氢溶剂的混合物在压力15～40MPa和温度300～500℃下处理0.2～5小时，处理产物分离出固体杂质后进行分馏处理。所述的油指渣油、油砂、沥青和合成油的一种或几种的混合油。

目前现有技术油煤共炼过程中，都易出现结焦严重、运行周期短的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种油煤共炼的方法及其系统，以解决油煤共炼过程结焦严重，运行周期短的技术问题。

本发明提供的方法包括：

(1)煤粉、石油基重质油、供氢溶剂油和催化剂按照一定比例混合配制成油煤浆，所述油煤浆在氢气存在下，在油煤共炼反应条件下，进行反应，其反应流出物进行分离和分馏，得到富氢气体、低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分，

(2)步骤(1)所得轻馏分物流进入第一加氢反应区，与加氢催化剂I接触进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流I和液相物流I，

(3)步骤(1)所得重馏分物流进入第二加氢反应区，与加氢催化剂II接触进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流II和液相物流II，

(4)步骤(2)所得液相物流I和步骤(3)所得液相物流II单独或一起进行分馏，得到低碳烃、汽油馏分和中间馏分，所得部分中间馏分作为供氢溶剂油返回步骤(1)配制油煤浆。

在本发明中，所述石油基重质油选自常压渣油、减压渣油、溶剂脱沥青油、脱油沥青、催化裂化油浆中的一种或几种。

在本发明中，所述煤粉选自褐煤、次烟煤或烟煤中一种或几种所磨制的粉料，所述煤粉平均粒度小于0.15mm。

在本发明中，优选所述煤粉与石油基重质油的质量比为1:0.05～1:0.99，并且，以油煤浆的总体为基准，供氢溶剂油的质量百分数为30～60％。

在本发明中，优选所述油煤共炼反应在浆态床反应器中进行。

在本发明中，所述的催化剂为油煤共炼催化剂，可以为市售的油煤共炼催化剂也可以为实验室制备的油煤共炼催化剂。优选，所述催化剂为油煤共炼铁系催化剂，进一步优选，所述催化剂为煤粉负载的纳米级Fe系催化剂，活性组分为氧化铁和水合氧化铁，载体为煤粉。以油煤浆的总体为基准，以铁计，催化剂的加入量为煤粉和石油基重质油总质量的0.5～3.0％。优选，配制油煤浆时加入助剂。所述助剂为含硫化合物，进一步优选为单质硫，所述油浆中助剂加入量，硫与催化剂中铁金属的摩尔比例为1～2。

在本发明中，优选油煤共炼反应条件：反应温度为400～500℃，反应压力为15～21MPa，氢油体积比为500～2000Nm³/m³，停留时间为0.5～2h。

进一步优选的油煤共炼反应条件：反应温度为420～480℃，反应压力为15～19MPa，氢油体积比为600～1200Nm³/m³。

在本发明中，所得油煤共炼反应产物通过减压阀组减压至接近常压，然后进入分离罐进行分离，得到气相物流和液相物流。气相物流经低压塔分离出低碳烃和富氢气体，富氢气体增压后循环利用。液相馏分进入分馏塔，分离出不同馏分的物流，如低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分。优选，所述轻馏分物流和重馏分物流之间的切割点为340～400℃，所述轻馏分物流的初馏点为205℃，所述重馏分物流的终馏点为550℃。

在本发明中，根据稠环芳烃加氢反应难易程度差异性，设置两个加氢单元，分别对轻馏分物流和重馏分物流进行加氢处理。针对不同的反应目的，设置更适合的加氢反应条件，以实现精准操作，避免过度加氢饱和，从而得到性质更优的供氢溶剂油。

在本发明步骤(2)中，所述轻馏分物流在第一加氢反应区，与加氢催化剂I接触进行加氢脱硫、加氢脱氮和芳烃加氢氢化反应。本发明的发明人研究发现，经过切割后所得的轻馏分物流在加氢处理过程中，加氢氢化程度相对更容易控制，在第一加氢反应区内，能够有效保留产物中单环芳烃，避免其过度饱和为环烷烃。优选，第一加氢反应区的反应条件为：氢分压10MPa～20MPa，反应温度300～400℃，氢油体积比300～1500Nm³/m³，体积空速0.3～1.5h^-1。

所述的加氢催化剂I为常规的加氢精制催化剂，可以为市售的加氢精制催化剂也可以为实验室制备的加氢精制催化剂。

优选所述的加氢催化剂I中含有载体和负载在所述载体上的活性金属元素，所述载体选自氧化铝、氧化铝-氧化硅和氧化钛中的至少一种，所述活性金属元素选自镍、钴、钼和钨中的至少一种；更优选地，在加氢催化剂I中，以加氢催化剂I的总重量计，以氧化物计的镍和/或钴的含量为1～30重量％，以氧化物计的钼和/或钨的含量为5～35重量％。

在本发明步骤(3)中，所得重馏分物流在第二加氢反应区，与加氢催化剂II接触进行加氢脱硫、加氢脱氮和芳烃加氢饱和反应。在本发明中，合理控制第二加氢反应区的反应深度，使得重馏分物流在加氢处理过程后，获得更多的双环芳烃，特别是更多的具有供氢性能的双环芳烃，从而进一步优化了供氢溶剂油在液相中的供氢性能。优选，第二加氢反应区的反应条件为：氢分压7MPa～18MPa，反应温度270～340℃，氢油体积比400～1300Nm³/m³，体积空速0.2～1.0h^-1。

所述的加氢催化剂II为常规的加氢精制催化剂或加氢处理催化剂，可以为市售的加氢精制催化剂或加氢处理催化剂，也可以为实验室制备的加氢精制催化剂或加氢处理催化剂。

优选所述的加氢催化剂II中含有载体和负载在所述载体上的活性金属元素，所述载体选自氧化铝和/或氧化铝-氧化硅，所述活性金属元素选自镍、钴、钼和钨中的至少一种；更优选地，在加氢催化剂II中，以加氢催化剂II的总重量计，以氧化物计的镍和/或钴的含量为1～30重量％，以氧化物计的钼和/或钨的含量为5～35重量％。

在本发明其中一种实施方式中，加氢催化剂I和加氢催化剂II相同。

在本发明其中一个实施方式中，步骤(2)所得液相物流I和步骤(3)所得液相物流II一起进行分馏，得到低碳烃、汽油馏分、中间馏分和渣油，所得部分中间馏分作为供氢溶剂油返回步骤(1)配制油煤浆。所述中间馏分的馏程为205～550℃。

在本发明其中一个实施方式中，步骤(2)所得的液相物流I进行分馏，得到气体、＜205℃烃馏分和＞205℃烃馏分，所述＞205℃烃馏分与步骤(3)所得液相物流II直接混合，其混合物流作为供氢溶剂油返回步骤(1)配制油煤浆。

优选供氢溶剂油的组成中：单环芳烃为10～16质量％、双环芳烃为25～35质量％、三环芳烃为15～23质量％、四环芳烃为10～19质量％、五环芳烃为1～5质量％。本发明优选的供氢溶剂油能在油煤共炼过程中有效降低氢传递阻力，合理调配油煤比例，使反应系统转化率提高，结焦速率降低。

本发明还提供一种油煤共炼的系统，包括，油煤浆配制单元、油煤浆共炼单元、轻馏分物流加氢单元、重馏分物流加氢单元和分馏单元，

油煤浆配制单元中，煤粉、石油基重质油、供氢溶剂油和催化剂按照一定比例混合配制成油煤浆，

油煤浆共炼单元中，油煤浆在氢气存在下，在油煤共炼反应条件下，进行反应，其反应流出物进行分离和分馏，得到富氢气体、低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分，

轻馏分物流加氢单元中，轻馏分物流在第一加氢反应区与加氢催化剂I接触进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流I和液相物流I，

重馏分物流加氢单元中，重馏分物流在第二加氢反应区与加氢催化剂II接触进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流II和液相物流II，

分馏单元中，液相物流I和液相物流II单独或一起进行分馏，得到低碳烃、汽油馏分和中间馏分，

分馏单元与油煤浆配制单元之间有管线连通，分馏单元所得部分中间馏分作为供氢溶剂油通过管线返回油煤浆配制单元。

本发明还提供另一种油煤共炼的系统，包括，油煤浆配制单元、油煤浆共炼单元、轻馏分物流加氢单元、重馏分物流加氢单元和分馏单元，

油煤浆配制单元中，煤粉、石油基重质油、供氢溶剂油和催化剂按照一定比例混合配制成油煤浆，

油煤浆共炼单元中，油煤浆在氢气存在下，在油煤共炼反应条件下，进行反应，其反应流出物进行分离和分馏，得到富氢气体、低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分，

轻馏分物流加氢单元中，轻馏分物流在第一加氢反应区与加氢催化剂I接触进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流I和液相物流I，

重馏分物流加氢单元中，重馏分物流在第二加氢反应区与加氢催化剂II接触进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流II和液相物流II，

分馏单元中，液相物流I进行分馏，得到气体、＜205℃烃馏分和＞205℃烃馏分，所述＞205℃烃馏分与步骤(3)所得液相物流II混合后得到混合物流，

分馏单元与油煤浆配制单元之间有管线连通，分馏单元所得混合物流作为供氢溶剂油通过管线返回油煤浆配制单元。

本发明的优点：

(1)本发明提供的油煤共炼方法及其系统，具有结焦少、油煤浆性能稳定、转化率高、操作周期长的特点。

(2)本发明以适当的切割点，划分适宜的轻馏分物流和重馏分物流分别进行加氢处理，同时采用控制不同加氢反应区反应深度的方法，有效提高了最终供氢溶剂油的性质。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例中加氢催化剂I和加氢催化剂II的商品牌号为RN-411，由中国石化股份有限公司催化剂分公司生产。

实施例1

将100kg次烟煤煤粉(平均粒度小于0.15mm)干燥后，与30kg塔河减渣、140kg供氢溶剂油、油煤共炼铁系催化剂、助剂混合配制成油煤浆，油煤共炼铁系催化剂的加入量，以铁的质量计，为次烟煤煤粉与塔河减渣质量和的1％，即1.3kg。助剂为单质硫，加入量为2.8kg。所得油煤浆用高压泵升压到18MPa，按1000NL/kg氢气与油煤浆比例加入氢气，预热至450℃后进入浆态床反应器，油煤浆流量为2kg/h，在油煤共炼反应条件下进行反应。反应流出物进行分离和分馏，得到富氢气体、低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分。其中，轻馏分物流的馏程为205～340℃，重馏分物流的馏程为340～550℃。油煤共炼的产物中，减去供氢溶剂油的质量后，质量组成为低碳烃6.6％、汽油馏分油12.3％、轻馏分物流31.3％、重馏分物流25.2％、渣油馏分18.7％、水5.9％。其中渣油馏分含无机质39.3质量％。氢耗4.5％(以次烟煤煤粉与塔河减渣为基准)。装置稳定运行5天，未出现结焦堵塞现象。

所得轻馏分物流进入第一加氢反应区，与加氢催化剂I接触，在反应温度320℃，氢分压15MPa，氢油体积比900Nm³/m³，液时空速0.4h^-1下进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流I和液相物流I。

所得重馏分物流进入第二加氢反应区，与加氢催化剂II接触在反应温度280℃，氢分压10MPa，氢油体积比850Nm³/m³，液时空速0.3h^-1下进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流II和液相物流II。

所得液相物流I和液相物流II一起进行分馏，得到低碳烃、汽油馏分和中间馏分，所得部分中间馏分作为供氢溶剂油去配制油煤浆。所述供氢溶剂油的组成中，单环芳烃12质量％、双环芳烃33质量％、三环芳烃20质量％、四环芳烃15质量％、五环芳烃2质量％。

实施例2

将100kg次烟煤煤粉(平均粒度小于0.15mm)干燥后，与30kg塔河减渣、140kg供氢溶剂油、油煤共炼铁系催化剂、助剂混合配制成油煤浆，油煤共炼铁系催化剂的加入量，以铁的质量计，为次烟煤煤粉与塔河减渣质量和的1％，即1.3kg。助剂为单质硫，加入量为2.8kg。所得油煤浆用高压泵升压到18MPa，按1000NL/kg氢气与油煤浆比例加入氢气，预热至450℃后进入浆态床反应器，油煤浆流量为2kg/h，在油煤共炼反应条件下进行反应。反应流出物进行分离和分馏，得到富氢气体、低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分。其中，轻馏分物流的馏程为205～400℃，重馏分物流的馏程为400～550℃。油煤共炼的产物中，减去供氢溶剂油的质量后，质量组成为低碳烃6.1％、汽油馏分油13.1％、轻馏分物流33.4％、重馏分物流23.3％、渣油馏分17.9％、水6.2％。其中渣油馏分含无机质41.7质量％。氢耗4.4％(以次烟煤煤粉与塔河减渣为基准)。装置稳定运行5天，未出现结焦堵塞现象。

所得轻馏分物流进入第一加氢反应区，与加氢催化剂I接触，在反应温度310℃，氢分压15MPa，氢油体积比1000Nm³/m³，液时空速03h^-1下进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流I和液相物流I。

所得重馏分物流进入第二加氢反应区，与加氢催化剂II接触在反应温度270℃，氢分压12MPa，氢油体积比930Nm³/m³，液时空速0.3h^-1下进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流II和液相物流II。

液相物流I进行分馏，得到气体、＜205℃烃馏分和＞205℃烃馏分，所述＞205℃烃馏分与液相物流II直接混合，其混合物流作为供氢溶剂油去配制油煤浆。所述供氢溶剂油的组成中，单环芳烃15质量％、双环芳烃34质量％、三环芳烃20质量％、四环芳烃16质量％、五环芳烃2质量％。

实施例3

将100kg次烟煤煤粉(平均粒度小于0.15mm)干燥后，与50kg伊朗减渣、150kg供氢溶剂油、油煤共炼铁系催化剂、助剂混合配制成油煤浆，油煤共炼铁系催化剂的加入量，以铁的质量计，为1.6kg。助剂为单质硫，加入量为3.3kg。所得油煤浆用高压泵升压到18MPa，按1000NL/kg氢气与油煤浆比例加入氢气，预热至450℃后进入浆态床反应器，油煤浆流量为2kg/h，在油煤共炼反应条件下进行反应。反应流出物进行分离和分馏，得到富氢气体、低碳烃、汽油馏分、轻馏分物流、重馏分物流和渣油馏分。其中，轻馏分物流的馏程为205～360℃，重馏分物流的馏程为360～550℃。油煤共炼的产物中，减去供氢溶剂油的质量后，质量组成为低碳烃7.7％、汽油馏分油12.0％、轻馏分物流34.1％、重馏分物流21.3％、渣油馏分20.0％、水4.9％。其中渣油馏分含无机质30.8质量％。氢耗4.4％(以次烟煤煤粉与伊朗减渣为基准)。装置稳定运行5天半，未出现结焦堵塞现象。

所得轻馏分物流进入第一加氢反应区，与加氢催化剂I接触，在反应温度350℃，氢分压16MPa，氢油体积比1100Nm³/m³，液时空速0.6h^-1下进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流I和液相物流I。

所得重馏分物流进入第二加氢反应区，与加氢催化剂II接触在反应温度300℃，氢分压15MPa，氢油体积比1000Nm³/m³，液时空速0.5h^-1下进行反应，其反应流出物进行分离，得到气相物流II和液相物流II。

所得液相物流I和液相物流II一起进行分馏，得到低碳烃、汽油馏分和中间馏分，所得部分中间馏分作为供氢溶剂油去配制油煤浆。所述供氢溶剂油的组成中，单环芳烃13质量％、双环芳烃32质量％、三环芳烃21质量％、四环芳烃17质量％、五环芳烃1.5质量％。

对比例1

将100kg次烟煤煤粉(平均粒度小于0.15mm)干燥后，与30kg塔河减渣、140kg供氢溶剂油、油煤共炼铁系催化剂、助剂混合配制成油煤浆，油煤共炼铁系催化剂的加入量，以铁的质量计，为次烟煤煤粉与塔河减渣质量和的1％，即1.3kg。助剂为单质硫，加入量为2.8kg。所得油煤浆用高压泵升压到18MPa，按1000NL/kg氢气与油煤浆比例加入氢气，预热至450℃后进入浆态床反应器，油煤浆流量为2kg/h，在油煤共炼反应条件下进行反应。反应流出物进行分离和分馏，得到富氢气体、低碳烃、汽油馏分、馏分油(馏程205～550℃)和渣油馏分。油煤共炼的产物中，减去供氢溶剂油的质量后，质量组成为低碳烃7.9％、汽油馏分10.8％、馏分油55.3％、渣油馏分20.1％、水5.8％。其中渣油馏分含无机质36.5质量％。氢耗4.0％(以次烟煤煤粉与塔河减渣为基准)。装置稳定运行3天，出现结焦堵塞，被迫停车。

所得馏分油(馏程205～550℃)进入加氢反应区，与加氢催化剂I接触，在反应温度310℃，氢分压15MPa，氢油体积比1100Nm³/m³，液时空速0.4h^-1下进行反应，其反应流出物进行分离和分馏，得到低碳烃、汽油馏分和中间馏分(馏程205～550℃)，所得部分中间馏分作为供氢溶剂油去配制油煤浆。所述供氢溶剂油的组成中，单环芳烃30质量％、双环芳烃27质量％、三环芳烃15质量％、四环芳烃12质量％、五环芳烃0.7质量％。