CN105295990B - 一种浆态床加氢工艺的原料预处理的方法及其设计方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明的一种浆态床加氢工艺的原料预处理方法及其设计方法和用途，所述方法包括：将原煤粉碎研磨得到煤粉，然后将重质油加热后，一部分与所述煤粉混合，一部分与催化剂混合；或者所述重质油的全部与煤粉和催化剂一起混合，经在混捏机中混捏、在至少一级溶胀罐中循环搅拌得到催化剂/油煤浆，输送至加氢反应器，并实时监控预处理效果指标，所述预处理效果指标包括：煤的转化率、轻油总收率、催化剂/油煤浆经过的设备、管道和泵阀的磨损度，当一个或多个指标不正常时，调节原料预处理的操作条件直到所述指标回归正常范围。本方法提高了煤的转化率和轻油总收率，同时减少原料对设备、泵、阀和管道的磨损，操作简便，精确且实用。

Description

一种浆态床加氢工艺的原料预处理的方法及其设计方法和 用途

技术领域

本发明涉及一种浆态床加氢工艺的原料预处理的方法及其设计方法和用途，属于石油化工和煤化工领域。

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，充分利用煤炭和重质油资源是保障能源安全的重要选择。浆态床加氢技术是将煤炭和重质油转化为轻油和化工品的重要技术，包括油煤混炼工艺、煤直接液化工艺以及重质油加氢工艺。浆态床加氢工艺可以有效利用重质油资源和煤炭资源，脱除原料中的硫、氮和重金属等杂质，对传统的炼制技术带来挑战。

在油煤混炼以及煤直接液化工艺中，原料都是煤和重质油，由于单独的煤粉无法通过管道输送到反应器中，若将煤和油分别直接加入到反应器中，反应物料分布不充分，影响反应的进度和轻油总收率。因此，反应物料在进入反应器之前一般需要进行原料预处理，将煤和重质油混合得到油煤浆后再进行加氢炼化。

现有技术也存在几个技术难题，第一，对油煤浆的浓度很难准确的控制，要么油煤浆浓度过稀，煤颗粒容易在管道内沉降，造成堵塞；要么油煤浆浓度过高，黏度过高，在管道内流动的阻力增大，甚至无法输送。

第二，油和煤共同加氢裂化时煤的转化率低的问题，由于煤是由大分子组成的复杂物质，大分子以多环芳烃形成的芳核为基本单元，以桥键为链接纽带形成的交联的网状结构，为固定相；小分子陷在大分子网状结构中，为流动相。煤中的多聚芳环是主体为主要部分，桥键是少数为次要部分，由于芳环结构稳定，相邻原子键很难断裂，因此，相对于油的加氢裂化，煤的加氢裂化难度更大，对油煤混炼的适应性低，煤的转化率也较低。

第三，催化剂的分散问题，由于催化剂一般为重金属催化剂，密度远高于液态油的密度，密度相差较大，催化剂很难均匀分散在原料中。有相关专利介绍，为降低油煤混炼工艺所采用的催化剂与原料的密度差，将催化剂附着在煤粉上，直接加入到反应器中，但是附着的大量煤粉会对设备、泵、阀和管道造成磨损、不易加氢裂化，在反应过程中容易结焦而减少催化剂与反应物的接触面积，降低催化剂的活性，无法发挥该催化剂的作用，轻油转化率低。

发明内容

基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种浆态床加氢工艺的原料预处理的方法，能够使反应物料煤与油以及催化剂充分混合，煤粉以及附着催化剂的煤粉在油中充分溶胀，大大降低了原料和催化剂对整个加氢设备、泵、阀和管道的磨损，输送状态良好，煤的加氢裂化程度加深。本发明还提供了其设计方法和用途。

本发明的技术方案如下：

一种浆态床加氢工艺的原料预处理的方法，其特征在于将重质油与煤粉以及附着煤粉的催化剂共同混合，在混捏机中混捏、在至少一级溶胀罐中循环搅拌得到催化剂/油煤浆；或者重质油分别与煤粉、附着煤粉的催化剂混合，在不同的混捏机中混捏后汇合至所述一级溶胀罐中，进行至少一级的循环搅拌得到催化剂/油煤浆；其中所述煤粉的粒径小于470μm，所述重质油与煤粉的质量比为97-30:3-70(煤粉包括原料煤粉以及附着到催化剂上的煤粉)。

优选的在汇合至所述一级溶胀罐之前，所述重质油与附着煤粉的催化剂混捏后在混合罐中循环搅拌。

优选的所述混捏机内的混捏温度≤350℃，停留时间不大于5小时。

优选的进入所述混捏机中的煤粉的温度为50-250℃，重质油的温度≤400℃。

优选的所述溶胀罐的级数为1-3级，所述催化剂/油煤浆在每一级溶胀罐里的停留时间为1-10小时，溶胀温度不超过400℃，溶胀罐内循环量与输送量的比值为2-10。

优选的所述煤粉的空气干燥基水分≤26％，空气干燥基灰分≤27％。

优选的所述重质油与煤粉的质量比为80-45:20-55。

优选的所述催化剂/油煤浆在60℃时的运动黏度≤1000cSt。

上述的一种浆态床加氢工艺的原料预处理方法的用途，其特征在于用于煤直接液化工艺和油煤混炼工艺，煤直接液化工艺指以煤为原料，以煤液化的循环油为供氢溶剂进行加工；油煤混炼工艺指以原油、渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合与褐煤、烟煤中的一种或者多种组合为原料进行加工，油与煤的比例范围为97-30:3-70。

一种浆态床加氢工艺的原料预处理的设计方法，其特征在于设计将重质油与煤粉以及附着煤粉的催化剂共同混合，在混捏机中混捏、在至少一级溶胀罐中循环搅拌得到催化剂/油煤浆；或者重质油分别与煤粉、附着煤粉的催化剂混合，在不同的混捏机中混捏后汇合至所述一级溶胀罐中，进行至少一级的循环搅拌得到催化剂/油煤浆；所述煤粉的粒径小于470μm，油与煤的比例范围为97-30:3-70(煤粉包括单独的煤粉以及附着到催化剂上的煤粉)。

本发明的有益技术效果：

本发明的一种浆态床加氢工艺的原料预处理的方法，油与煤粉、附着煤粉的催化剂混合经过混捏、多级搅拌的方式均匀分散，使得油将煤粒溶胀并溶解煤粒表面及内部的流动相小分子，这样可以破坏或弱化内分子内的桥键，弱化分子内的强键，将煤分子结构变得更加松散，易于裂化和加氢；同时油煤充分混合形成粘稠的油煤浆使得催化剂分散均匀、不沉降，增大与反应物料的接触面积，进而充分发挥催化剂的活性，上述两个方面共同作用提高轻油收率。同时油的溶胀降低了煤的硬度，减少了其对设备、泵、阀和管道的磨损，降低设备的更换频率。降低了煤粉的堆密度，使其不易在管道和设备里沉降，更利于输送。

本方法特别适用于含有固体反应物的轻质石油炼化工艺，包括煤直接液化工艺和油煤混炼工艺，解决固体煤很难加氢裂化和催化剂容易沉降而降低轻油收率的问题，控制煤与油的混合比例、煤粉的粒径、混捏参数以及搅拌条件和级数，煤粉与油充分混合形成粘稠度适宜的油煤浆，使得煤粉充分溶胀，催化剂在油煤浆中不沉降形成均一的到催化剂/油煤浆。所述催化剂/油煤浆进入反应系统加氢裂化时，设备/管道/阀门磨损程度降低，煤的转化率、轻油总收率提高。

附图说明

图1为本发明实施例的一种原料预处理流程简图。

图中各标号列示如下：

1-原煤，2-原煤破碎设备，3-磨煤设备，4-煤粉仓，5-减压渣油，6-减压渣油缓冲罐，7-煤粉混捏机，8-一级溶胀罐，9-一级溶胀循环泵，10-二级溶胀罐，11-二级溶胀循环泵，12-催化剂/油煤浆输送泵，13-催化剂/油煤浆，14-催化剂，15-催化剂仓，16-催化剂混捏机，17-催化剂/油浆混合罐，18-催化剂/油浆循环泵。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的具体特征，将结合附图与实施例加以说明。

实施例1

如图1所示，本实施例为以减压渣油和烟煤为原料的油煤混炼工艺的原料预处理。本实施例的原料预处理流程如下；原煤1经原煤破碎设备2破碎后进入磨煤设备3进行研磨得到煤粉，研磨后的煤粉粒径不大于200μm，水分为4％，灰分为5％，随后进入煤粉仓4，煤粉仓4内设置搅动设备，防止煤粉积聚、搭桥或成团。同时减压渣油5经减压渣油缓冲罐6缓冲后，一部分减压渣油5与煤粉仓4中的等质量的煤粉一起进入煤粉混捏机7进行混捏，其中渣油的温度为200℃，煤粉的温度为100℃，混捏时间为2小时，在混捏机中经历强力剪切、混捏的过程，使二者得到一定程度的混合并得到油煤混料；一部分减压渣油5与催化剂仓15中的催化剂14一起进入催化剂混捏机16里进行混捏，所述催化剂14为将表面附着有煤粉的催化剂，混捏条件与煤粉渣油混捏条件相同，之后进入催化剂/油浆混合罐17，该混合罐内设置强力搅拌设备，通过催化剂/油浆循环泵18控制混合罐17内循环量与输送量比为3-5:1，温度为150℃，搅拌频率为500转/分钟，停留时间为3小时，得到催化剂油浆。

从油煤混捏机7输出的油煤混料以及从催化剂/油浆循环泵18输送的催化剂油浆一起进入一级混合设备，一级混合设备包括一级溶胀罐8和一级溶胀循环泵9，一级溶胀罐8内设置强力搅拌机，搅拌频率为500转/分钟，操作温度为250℃，通过一级溶胀循环泵9控制循环流动量与输出量比为5，循环搅拌3小时后将催化剂/油煤浆输出到二级混合设备中。二级混合设备包括二级溶胀罐10和二级溶胀循环泵11，二级溶胀罐10内置搅拌机，搅拌频率为300转/分钟，操作温度为250℃，循环流动量与输送量比为2-6:1，循环搅拌3小时后得到催化剂/油煤浆13，温度为250℃，黏度为250cSt，通过催化剂/油煤浆输送泵12输送至浆态床加氢工艺的反应系统。

从累积6000h的6次浆态床加氢反应中试证明，原料煤转化率为75％，轻油的总收率为72％，反应器底部的循环泵和输送油煤浆的耐磨阀、调节油煤浆阀门的使用寿命为150天，与不经原料预处理的煤转化率提高50％以上，轻油总收率提高45％左右，设备、管道、泵阀磨损减轻60％以上。

实施例2

本实施例将减压渣油与煤粉以及附着煤粉的催化剂共同混合，总比例及操作流程同实施例1，效果相比实施例1略低但也能达到较好的转化率和收率以及对设备的保护。

从上述实施例可以看出，本发明的一种浆态床加氢工艺中原料预处理方法提高了煤的转化率和轻油总收率，同时减少原料对设备、泵、阀和管道的磨损，操作简便，精确且实用。

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，可轻易想到的溶胀级数和条件的变化或将油、煤、附着有煤粉的催化剂一起混合的替换，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 (8)

1.一种浆态床加氢工艺的原料预处理的方法，其特征在于将重质油与煤粉以及附着煤粉的催化剂共同混合，在混捏机中混捏、在至少一级溶胀罐中循环搅拌得到催化剂/油煤浆；或者重质油分别与煤粉、附着煤粉的催化剂混合，在不同的混捏机中混捏后汇合至所述一级溶胀罐中，进行至少一级的循环搅拌得到催化剂/油煤浆；其中所述煤粉的粒径小于470μm，所述重质油与煤粉的质量比为97-30:3-70，

所述混捏机内的混捏温度≤350℃，停留时间不大于5小时，

所述溶胀罐的级数为1-3级，所述催化剂/油煤浆在每一级溶胀罐里的停留时间为1-10小时，溶胀温度不超过400℃，溶胀罐内循环量与输送量的比值为2-10。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于汇合至所述一级溶胀罐之前，所述重质油与附着煤粉的催化剂混捏后在混合罐中循环搅拌。

3.根据权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于进入所述混捏机中的煤粉的温度为50-250℃，重质油的温度≤400℃。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述煤粉的空气干燥基水分≤26％，空气干燥基灰分≤27％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述重质油与煤粉的质量比为80-45:20-55。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化剂/油煤浆在60℃时的运动黏度≤1000cSt。

7.权利要求1-6任一所述的一种浆态床加氢工艺的原料预处理方法的用途，其特征在于用于煤直接液化工艺和油煤混炼工艺，煤直接液化工艺指以煤为原料，以煤液化的循环油为供氢溶剂进行加工；油煤混炼工艺指以原油、渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合与褐煤、烟煤中的一种或者多种组合为原料进行加工，油与煤的比例范围为97-30:3-70。

8.一种浆态床加氢工艺的原料预处理的设计方法，其特征在于设计将重质油与煤粉以及附着煤粉的催化剂共同混合，在混捏机中混捏、在至少一级溶胀罐中循环搅拌得到催化剂/油煤浆；或者重质油分别与煤粉、附着煤粉的催化剂混合，在不同的混捏机中混捏后汇合至所述一级溶胀罐中，进行至少一级的循环搅拌得到催化剂/油煤浆；所述煤粉的粒径小于470μm，油与煤的质量比的比例范围为97-30:3-70，

所述混捏机内的混捏温度≤350℃，停留时间不大于5小时，

所述溶胀罐的级数为1-3级，所述催化剂/油煤浆在每一级溶胀罐里的停留时间为1-10小时，溶胀温度不超过400℃，溶胀罐内循环量与输送量的比值为2-10。