CN112708485B - 一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，(1)将煤粉通过筛分机筛选出合适粒径的煤粉；(2)将重油、步骤(1)获得的煤粉和浆态床催化剂置于恒温原料罐进行混合；(3)将步骤(2)获得的混合原料与氢气加氢裂化反应；(4)将步骤(3)获得的产物油先进行闪蒸一次，然后轻馏分进入分馏系统；(5)将步骤(4)得到的柴油馏分进入固定床加氢精制和加氢裂化反应区；(6)将步骤(5)获得的裂化柴油馏分油进入分馏系统；(7)将步骤(4)得到的喷气燃料馏分油和步骤(5)得到的喷气燃料馏分油混合进入补充加氢精制反应区，得到煤‑油混合基喷气燃料。本发明解决了石油资源的短缺、重质化和纯煤基喷气燃料安定性差的问题。

Description

一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法
技术领域
本发明涉及喷气燃料技术领域，特别涉及一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法。
背景技术
随着国际航空运输业规模不断的扩大，全球对喷气燃料的需求量逐年增长，同时我国航空业的快速发展，高性能飞机、超音速战机等新型飞行器的陆续服役，对高热值、高密度、良好热稳定性的喷气燃料的需求也越来越迫切。目前航空喷气燃料的生产主要以石油基原料为主，在石油的炼油过程中，喷气燃料馏分仅占原油总量的4-8％，加之我国石油资源的短缺和全球原油重质化的趋势，将会导致我国优质喷气燃料的生产困难和供应不足。
近年来，我国煤基的产量在逐年上升(每年10％的增速)，年产量约3000万吨，促使煤基生产喷气燃料的研究也逐渐成为热点。相比于石油基油，煤基油组分结构主要以芳环结构为主，其中富含大量的双环芳烃、氢化芳烃以及环烷烃，使其拥有高热值、高密度和良好热稳定性等特点，是高性能飞行器的优选燃料。目前以煤基油作为原料的技术均是先对煤基油或其馏分油进行加氢精制或加氢裂化，然后对产物进行蒸馏切割，切取喷气燃料特征馏分作为喷气燃料或喷气燃料调和组分。这些技术存在的问题是原料利用率低，目标产物收率低，同时由于煤基油中含大量的酚类物质，油品的安定性较差，煤基油馏分油不符合喷气燃料高安定性的要求，不能直接作为喷气燃料。
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油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，解决了石油资源的短缺、重质化和纯煤基喷气燃料安定性差的问题，获得的混合基喷气燃料兼具煤基和石油基燃料油众多特性，满足未来高性能飞行器的需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，包括以下步骤；
步骤(1)，适宜粒径煤粉制备：
将磨制好的煤粉通过筛分机筛选出合适粒径的煤粉；
步骤(2)混合原料的制备：
将重油、步骤(1)获得的煤粉和催化剂按一定比例置于恒温原料罐进行混合均匀，作为混合原料；
步骤(3)加氢裂化：
将步骤(2)获得的混合原料与氢气进行混合进入浆态床加氢裂化反应区，进行加氢裂化反应，使大分子烃类裂解，同时脱除部分硫氮杂原子，得到裂化产物油；
步骤(4)蒸馏切割：
将步骤(3)获得的产物油先进行闪蒸一次(闪蒸温度370～390℃)，然后轻馏分进入分馏系统，进行油品蒸馏分割，分别得到石脑油馏分(<180℃)、喷气燃料馏分(180～280℃)和柴油馏分(280～380℃)；
步骤(5)加氢精制和裂化：
将步骤(4)得到的柴油馏分进入固定床加氢精制和加氢裂化反应区，得到裂化柴油馏分油；
步骤(6)蒸馏切割：
将步骤(5)获得的裂化柴油馏分油进入分馏系统，蒸馏切割得到喷气燃料馏分油(190～300℃)。
步骤(7)补充精制：
将步骤(4)得到的喷气燃料馏分油和步骤(5)得到的喷气燃料馏分油进行混合进入补充加氢精制反应区，得到煤-油混合基喷气燃料。
所述步骤(2)中的重油为常压渣油、减压渣油、催化裂化油浆中的一种或几种混合，煤粉为烟煤或褐煤。
所述步骤(1)所述煤粉粒径范围为20～200μm，煤粉粒径分布呈正态分布。
所述步骤(2)所述原料混合质量比例为：重油85～65wt％，煤粉15～35wt％；催化剂占比混合原料1～4wt％。
所述步骤(2)所述浆态床催化剂为铁系、铁-铜系、铁-镍系和铁-钼系碳基载体催化剂。
所述步骤(3)所述的加氢裂化条件为：反应温度440～470℃，反应压力12～22MPa，进料体积空速0.5～1.4h-1，轻油体积比800～2000。
所述步骤(4)中所述的闪蒸条件为370～390℃，得到的轻馏分进一步分馏条件为：石脑油馏分<180℃、喷气燃料馏分180～280℃、柴油馏分280～380℃；
所述步骤(5)中所述的加氢精制反应条件为：反应温度320～350℃，反应压力5～10MPa，液体体积空速2.0～3.0h-1，氢油比500～1000，Al2O3载体镍钼催化剂。加氢裂化反应条件为：反应温度350～410℃，反应压力8～12MPa，液体体积空速1.0～2.0h-1，氢油比600～1500，分子筛载体镍钴钼催化剂。
所述步骤(6)蒸馏切割条件为190～300℃。
所述步骤(7)所述的加氢精制反应条件为：反应温度230～290℃，反应压力3～5MPa，液体体积空速2.0～5.0h-1，氢油比60～100，Al2O3载体镍钼催化剂。
本发明的有益效果：
本发明所涉及的工艺可以以多种劣质重油和煤为原料，可以有效缓解国内石油资源短缺和全球原油重质化的问题，同时原料来源广泛，成本低廉易获得，可以保证生产原料的供应。
本发明制备出的喷气燃料兼具石油基和煤基喷气燃料的优点。混合原料中的煤是环烷烃和芳烃的主要来源，环烷烃和芳烃本身具有良好的热解稳定性，又具有高热值、高密度的优点，重油的掺入主要是降低混合原料中酚类物质和硫氮杂原子的含量，使得油品的安定性增强，同时又能很好的满足喷气燃料尾气排放环保要求。
本发明对分馏出的柴油馏分进行精制再裂化，将裂化柴油馏分再进行特征馏分切割，提高了喷气燃料的整体收率，提升了原料利用率，让低廉原料更多的转化为高附加值的目标产品。
附图说明
图1是本发明的实施例的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)混合原料的制备。将65％催化裂化油浆、35％烟煤粉(粒径150～200μm)和2％浆态床催化剂进行混合配浆，得到混合原料1。
(2)加氢裂化。将步骤(1)获得的混合原料1与氢气2进行混合进入浆态床加氢裂化反应装置3，在反应温度440℃，反应压力20MPa，液体体积空速0.5h-1，氢油比2000的条件下进行加氢裂化反应，得到裂化产物油4。
(3)蒸馏切割。将步骤(2)获得的裂化产物油4先进入闪蒸罐5(闪蒸温度370～390℃)，然后得到的轻馏分6进入分馏系统8，进行油品蒸馏分割，分别得到馏程<180℃石脑油馏分9、馏程180～280℃喷气燃料馏分10和馏程280～380℃柴油馏分11。
(4)加氢精制和裂化。将步骤(3)得到的柴油馏分11进入固定床加氢精制和加氢裂化反应装置12，进行加氢精制和裂化反应，得到裂化柴油馏分油13。加氢精制反应条件为：反应温度330℃，反应压力6MPa，液体体积空速2.0h-1，氢油比1100，Al2O3载体镍钼催化剂。加氢裂化反应条件为：反应温度400℃，反应压力8MPa，液体体积空速1.5h-1，氢油比1000，分子筛载体镍钴钼催化剂。
(5)蒸馏切割。将步骤(4)获得的裂化柴油馏分油13进入分馏系统14，蒸馏切割得到馏程190～300℃喷气燃料馏分油16。
(6)补充精制。将步骤(3)得到的喷气燃料馏分油10和步骤(5)得到的喷气燃料馏分油16进行混合进入补充加氢精制反应装置，在反应温度230℃，反应压力4MPa，液体体积空速2.0h-1，氢油比60，Al2O3载体镍钼催化剂的条件下进行精制反应，得到煤-油混合基喷气燃料油18。(如图1所示)
通过调整不同的煤粉加入比例、煤粉粒径分布、浆态床催化剂以及各段加氢反应条件实现实施例2、实施例3和实施例4。
表1原料制备条件和各阶段加氢反应反应条件
Figure BDA0002863069910000061
表2原料基本性质
Figure BDA0002863069910000071
表3催化剂基本性质
项目 催化剂A
比表面积(m<sup>2</sup>/g) 461
C/wt％ 55.23
H/wt％ 1.18
S/wt％ 1.76
N/wt％ 0.61
Fe/wt％ 6.60
表4不同条件下得到的喷气燃料性质
Figure BDA0002863069910000072
Figure BDA0002863069910000081

Claims (7)

1.一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤(1)，适宜粒径煤粉制备：
将磨制好的煤粉通过筛分机筛选出合适粒径的煤粉；
步骤(2)混合原料的制备：
将重油、步骤(1)获得的煤粉和催化剂按一定比例置于恒温原料罐进行混合均匀，作为混合原料；
步骤(3)加氢裂化：
将步骤(2)获得的混合原料与氢气进行混合进入浆态床加氢裂化反应区，进行加氢裂化反应，使大分子烃类裂解，同时脱除部分硫氮杂原子，得到裂化产物油；
步骤(4)蒸馏切割：
将步骤(3)获得的产物油先进行闪蒸一次，然后轻馏分进入分馏系统，进行油品蒸馏分割，分别得到石脑油馏分、喷气燃料馏分和柴油馏分；
步骤(5)加氢精制和裂化：
将步骤(4)得到的柴油馏分进入固定床加氢精制和加氢裂化反应区，得到裂化柴油馏分油；
步骤(6)蒸馏切割：
将步骤(5)获得的裂化柴油馏分油进入分馏系统，蒸馏切割得到喷气燃料馏分油；
步骤(7)补充精制：
将步骤(4)得到的喷气燃料馏分油和步骤(5)得到的喷气燃料馏分油进行混合进入补充加氢精制反应区，得到煤-油混合基喷气燃料；
所述步骤(2)中的重油为常压渣油、减压渣油、催化裂化油浆中的一种或几种混合，煤粉为烟煤或褐煤；
所述步骤(1)所述煤粉粒径范围为20～200μm，煤粉粒径分布呈正态分布；
所述步骤(2)所述原料质量混合比例为：重油85～65wt％，煤粉15～35wt％；催化剂占重油和煤粉总质量的1～4wt％。
2.根据权利要求1所述的一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，其特征在于，所述步骤(2)所述催化剂为铁系、铁-铜系、铁-镍系和铁-钼系碳基载体催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，其特征在于，所述步骤(3)所述的加氢裂化条件为：反应温度440～470℃，反应压力12～22MPa，进料体积空速0.5～1.4h-1，轻油体积比800～2000。
4.根据权利要求1所述的一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述的闪蒸条件为370～390℃，得到的轻馏分进一步分馏条件为：石脑油馏分<180℃、喷气燃料馏分180～280℃、柴油馏分280～380℃。
5.根据权利要求1所述的一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述的加氢精制反应条件为：反应温度320～350℃，反应压力5～10MPa，液体体积空速2.0～3.0h-1，氢油比500～1000，Al2O3载体镍钼催化剂，加氢裂化反应条件为：反应温度350～410℃，反应压力8～12MPa，液体体积空速1.0～2.0h-1，氢油比600～1500，分子筛载体镍钴钼催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，其特征在于，所述步骤(6)蒸馏切割条件为190～300℃。
7.根据权利要求1所述的一种煤油混合原料制备高热值高密度喷气燃料的方法，其特征在于，所述步骤(7)所述的加氢精制反应条件为：反应温度230～290℃，反应压力3～5MPa，液体体积空速2.0～5.0h-1，氢油比60～100，Al2O3载体镍钼催化剂。
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