CN117701302A - 一种制备喷气燃料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备喷气燃料的方法，通过将煤直接液化粗油馏分与煤间接液化粗油馏分混合后加氢精制并分离得到喷气燃料，制备方法简单，且制得的喷气燃料指标佳。

Description

一种制备喷气燃料的方法

技术领域

本发明涉及航空燃料领域，涉及一种制备喷气燃料的方法，具体地，是由煤直接液化粗油的轻质油馏分和煤间接液化粗油的轻质油馏分作为原料调和后进行加氢精制，生产喷气燃料的方法。

背景技术

我国富煤缺油，煤炭占化石能源的94％。在相当长一段时间内，煤炭仍将是我国的主体能源，因此如何更加高效、清洁的利用煤炭并保障我国能源安全和国防安全是亟需解决的重大问题。根据我国煤种和资源特点，煤直接液化和间接液化是煤制油品的两条主要发展途径。发展煤制油品成套技术，符合我国经济发展的重大需求，同时对提高国家能源安全保障能力，促进现代煤炭工业转型，助力军用特种燃料和航空航天燃料升级具有重大战略意义。

煤直接液化工艺利用煤炭在溶剂、催化剂作用下，在高温高压临氢条件下将煤大分子热解液化产生小分子油品的一种煤炭利用途径。煤粉在直接液化反应器中，主要发生煤的大分子断裂以及自由基的加氢反应，所得到的液化初级产品基本以芳烃、环烷烃为主，随后液化油品则进入加氢稳定单元，其重质产品部分作为溶剂油循环配煤浆使用，轻质部分进入加氢改质单元，经过脱硫、脱氮和芳烃饱和及部分裂化后得到产品基本保留了煤的分子结构特征，同时所生产得到的燃油组分具有硫氮含量低、环烷烃含量高、比重大、凝点低等优点。

煤间接液化工艺以煤为原料，先经气化制成合成气(CO和H₂)，再在催化剂的作用下，经费托合成反应生成的轻质油、重质油和重质蜡等粗产品，再经汽提分离出液化石油气后进入到精制反应器进行加氢精制；精制后的产物分馏出柴油、粗石脑油和重质产物，粗石脑油经吸附脱吸和稳定精馏分离出液化石油气和石脑油，重质产物进入减压塔进一步分离，塔底产物经过加氢裂化，其它产物经过临氢降凝后分馏切割成石脑油和燃油组分。

煤直接液化单元出来的液化初油中芳烃含量、硫氮含量高，若直接去制备喷气燃料对所选用的加氢催化剂以及相应的工艺条件要求较高，流程较长，条件苛刻。且所生产的喷气燃料热值和烟点偏低，无法满足喷气燃料的要求。

煤间接液化产物碳数高，为了加工得到目标产品，需要经过的加氢精制、裂化以及异构化等工艺单元，加工流程较长。且所生产的喷气燃料密度偏低，冰点不达标，无法满足喷气燃料的要求。

发明专利CN200510083900.8公布了一种从煤液化油生产航空煤油的方法。该方法用煤液化粗油为原料最大量生产大比重航空煤油，收率高，煤油比重大。但此方法导致煤液化粗油中溶剂部分也被生产煤油，导致溶剂无法循环，会影响煤液化反应。

发明专利CN 201911428632.2公布了一种从煤液化油生产航空煤油的方法。该方法将煤直接液化粗油经过加氢精制和加氢改质后，制备得到合格的喷气燃料。但方法较为复杂，需两次加氢。且得到的喷气燃料烟点不高。

发明内容

本发明为弥补现有技术的不足，提供一种制备喷气燃料的方法，通过将煤直接液化粗油馏分与煤间接液化粗油馏分混合后加氢精制并分离得到喷气燃料，制备方法简单，且制得的喷气燃料指标佳。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制备喷气燃料的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将煤与溶剂油制备的油煤浆与氢气进行煤直接液化反应，生成的煤直接液化粗油在第一分馏塔经过分离后，得到第一轻质馏分油和重质馏分油；第一轻质馏分油进入油品混合器；

(2)煤气化合成气进行费托合成反应，合成的煤间接液化粗油经过第二分馏塔分离后，得到第二轻质馏分油和蜡，第二轻质馏分油进入油品混合器；

(3)将煤直接液化粗油分馏出的第一轻质馏分油与煤间接液化粗油分馏出的第二轻质馏分油再所述油品混合器中混合均匀后得到混合油，然后在加氢精制反应器中进行加氢精制反应；

(4)将步骤(3)得到的加氢产物经分馏后得到石脑油、喷气燃料和重质塔底油；

(5)步骤(4)得到的重质塔底油循环至所述加氢精制反应器，与所述混合油混合后进行加氢精制反应。

在本发明的步骤(1)中，所述煤直接液化粗油是通过煤直接液化工艺得到的液化粗油，例如由离开煤直接液化反应器的产物油经脱除油气和固渣所得，也即无需进一步加氢处理，其馏程通常在30～500℃的范围内。

根据本发明的方法，优选地，在步骤(1)中，所述第一分馏塔的分馏温度为290-300℃比如295℃，将该分馏温度以下的馏分作为第一轻质馏分油，将该分馏温度以上的馏分作为重质馏分油。

在一些实施方式中，在步骤(1)中，可以将所述重质馏分油进行加氢稳定处理，以得到溶剂油以便循环回用；对煤直接液化油进行加氢稳定为本领域熟知，例如在加氢稳定反应器中加氢稳定处理，反应条件可以为：反应温度300-400℃，反应压力12.0-20.0MPa，体积空速在0.5-3.0h^-1，氢油比500-1500V/V；其装填的加氢催化剂的载体可以采用无定型氧化铝或硅酸铝，催化剂载体上负载的活性金属为VIB及VIII族；其中，催化剂载体上负载的VIB非贵金属组分含量为5-30％，VIII非贵金属组分含量为1-10％。VIB族金属选用Mo或/和W，VIII族金属选用Co或/和Ni。本领域理解，所述的加氢稳定反应器为固定床加氢反应器或膨胀床反应器，或者采用强制内循环的沸腾床反应器。

在本发明的步骤(2)中，所述的煤间接液化粗油是经低温费托合成工艺(也即浆态床费托合成工艺)得到的合成粗油，例如可由离开费托反应器的产物油经脱除油气和渣蜡所得，也即无需进一步加氢处理，其馏程通常在30～500℃的范围内。

根据本发明的方法，优选地，在步骤(2)中，第二分馏塔分馏温度为310-330℃比如320℃，其中该分馏温度以下的馏分作为第二轻质馏分油进入油品混合器。

在本发明的步骤(3)中，煤直接液化粗油馏分(即第一轻质馏分油)和煤间接液化粗油馏分(即第二轻质馏分油)在油品混合器中混合均匀，优选地，第一轻质油馏分与第二轻质油馏分的混合质量比为7:3-3:7，优选6：4-4：6比如5：5，以保障喷气燃料的品质。

在本发明的步骤(3)中，在加氢精制反应器中送入的油料进行加氢精制处理，对油品进行加氢精制处理为本领域熟知；在一些实施方式中，加氢精制反应器的反应温度280-400℃，优选300-380℃，比如320、340、350或370℃，反应压力8.0-20.0MPa优选12-18MPa比如15或17MPa；体积空速在0.4-4.0h^-1，优选0.5-2.0h^-1比如1或1.5h^-1；氢油比400-1500V/V，优选500-1000V/V比如800V/V。

在一些实施方式中，在步骤(3)中，加氢精制反应器装填的加氢催化剂的载体采用无定型氧化铝或硅酸铝，催化剂载体上负载的活性金属为VIB及VIII族；其中，催化剂载体上负载的VIB非贵金属组分含量为0.5-30％，VIII非贵金属组分含量为1-20％；VIB族金属选用Mo或/和W，VIII族金属选用Co或/和Ni；具体地，所述加氢精制催化剂也可以是商业化的RNC-2催化剂(石油化工研究院)或FFT-1催化剂(抚顺石油化工研究院)的一种或多种。

在较佳的实施方式中，加氢精制催化剂的载体为氧化铝，其所负载的活性金属氧化物为MoO₃、WO₃和NiO，其中所述加氢精制催化剂总量计，所述活性金属氧化物组分的含量为8％～25％比如9％、12％、15％、18％或20％，其中，所述MoO₃含量为8-20％，比如10％、15％或18％，所述NiO的含量为1-6％，比如1％、3％或5％，所述WO₃的含量为0-10％；本领域理解，当含量为0时，即表示不含该组分。该负载型加氢精制催化剂的制备为本熟知，例如，在本发明中，以氧化铝载体为例，该负载型催化剂通过浸渍法制备，具体可以参见CN85104438A。

优选地，在步骤(3)中，所述加氢精制反应器为固定床反应器。

根据本发明的方法，优选地，在步骤(4)中，石脑油与喷气燃料的切割温度为130-150℃比如140℃，也即该切割温度以下为石脑油；喷气燃料与重质塔底油的切割温度为280-300℃比如290℃，也即该切割温度以上为重质塔底油。

在本发明的步骤(5)中，将步骤(4)得到的重质塔底油循环至所述加氢精制反应器，与所述混合油混合后一并进行加氢精制反应，从而在更好地满足产品指标的同时还可以提高喷气燃料收率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.煤直接液化粗油馏分的特点是硫氮含量高，环烃和芳烃含量高而链烃含量少，但密度大。煤间接液化粗油馏分密度小，链烃含量高,几乎不含硫氮及芳烃，但氧含量高且含有部分的烯烃。将煤直接液化粗油与煤间接液化粗油混合，使原料在烃族组成上得到平衡，稀释了杂原子的含量，密度适中，从而实现了两种原料的优劣互补，减少后续加工的难度。

2.在原有的煤直接液化工艺中，煤直接液化粗油进行加氢稳定后再切割，重组分作为溶剂循环至煤直接液化单元，轻组分进入加氢改质单元进行加氢精制处理。因此加氢稳定单元的作用是①为煤直接液化单元提供合格的溶剂油。②为下游的加氢改质装置提供稳定的原料。在加氢稳定反应过程主要发生芳烃部分饱和、脱杂原子反应。若加氢过饱和会导致循环溶剂中饱和烃含量过度增加，根据相似相容的原理，大幅度降低溶剂对煤的溶胀能力；若加氢深度不足，则生产的加氢改质原料杂原子含量高，改质催化剂易中毒。因此，在本发明中，将煤直接液化粗油直接进行切割，轻组分直接与煤间接液化馏分油混合后加氢，而重组分单独进行溶剂的加氢稳定，保证溶剂的适度加氢，使溶剂的煤溶解能力和供氢能力得到进一步提升，从而提高了煤直接液化效率。

3.煤直接液化粗油馏分与煤间接液化粗油馏分联合加工，只需加氢精制即可生产出合格的喷气燃料，大大缩短了工艺流程，减缓了工艺条件。

附图说明

图1为本发明的喷气燃料的制备流程的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。应当理解，下述实施例仅是为了更好的理解本发明，并不意味着本发明仅局限于以下实施例。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文可能使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例中未注明具体实验步骤或条件之处，可按照本技术领域中相应的常规实验步骤的操作或条件进行即可。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

如图1所示，本发明的喷气燃料制备时，包括如下流程：

(1)将煤与溶剂油制备的油煤浆通过煤直接液化反应器11生成煤直接液化粗油，进入第一分馏塔12进行煤直接液化粗油分离，所得重质馏分油作为溶剂油原料进入溶剂油加氢稳定装置13进行加氢稳定处理，生成合格的溶剂油循环至油煤浆配制部分，所得第一轻质馏分油进入油品混合器3。

(2)煤气化合成气通过费托合成反应器21合成煤间接液化粗油，进入第二分馏塔22进行煤间接液化粗油分离，所得第二轻质馏分油进入油品混合器3。

(3)在油品混合器3中均匀的混合油进入加氢精制反应器4进行加氢精制处理。

(4)将(3)得到的加氢精制产物进行分离，以得到石脑油、喷气燃料和重质塔底油；具体地，将加氢精制产物经热高压分离器5分离出顶部的热高分气和底部的热高分油；顶部的热高分气注入去离子水(防止铵盐堵塞管路)后进入冷高压分离器6分离出冷高分油和冷高分气，冷高分气经计量后可以放空，冷高压分离器6分离出的水可以排入废水罐；热高压分离器5底部的热高分油进入热低压分离器7，分离出顶部的热低压分气和底部的热低分油；顶部的热低分气进入冷低压分离器8，冷低压分离器8分离出顶部的冷低分气和底部的冷低分油，冷低分气计量可以放空；自冷高亚分离器6、热高压分离器7和热低压分离器8分离出来的油，均混合至第三分离塔9进行切割分离，分离后得到石脑油、喷气燃料和重质塔底油。

(5)重质塔底油循环至加氢精制反应器4，与所述混合油混合后进行加氢精制反应。

以上处理过程中的加氢部分由加氢稳定反应器和加氢精制反应器组成。加氢稳定段目的是对溶剂进行加工，提高溶剂的供氢性能又能保证溶剂对煤的溶解能力。加氢精制段的目的是脱除煤液化油粗油中的硫、氮、氧等杂原子和饱和芳烃，以生成合格燃料。

下面将结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1-8

(1)将煤与溶剂油制备的油煤浆与氢气进行煤直接液化反应，生成的煤直接液化粗油在第一分馏塔经过分离后，得到第一轻质馏分油和重质馏分油；第一轻质馏分油进入油品混合器；

(2)煤气化合成气进行费托合成反应，合成的煤间接液化粗油经过第二分馏塔分离后，得到第二轻质馏分油和蜡，第二轻质馏分油进入油品混合器；

(3)将煤直接液化粗油分馏出的第一轻质馏分油与煤间接液化粗油分馏出的第二轻质馏分油在所述油品混合器中混合均匀后得到混合油，然后在加氢精制反应器中进行加氢精制反应；

(4)将步骤(3)得到的加氢产物经分馏后得到石脑油、喷气燃料和重质塔底油；

(5)步骤(4)得到的重质塔底油循环至所述加氢精制反应器，与所述混合油混合后进行加氢精制反应。

对比例1

将第一轻质馏分油在加氢精制反应器中进行加氢精制反应；然后将得到的加氢产物经分馏后得到石脑油、喷气燃料和重质塔底油；同时将得到的重质塔底油循环至所述加氢精制反应器，与第一轻质馏分油混合后进行加氢精制反应。其具体工艺条件同实施例7。

对比例2

将第二轻质馏分油在加氢精制反应器中进行加氢精制反应；然后将得到的加氢产物经分馏后得到石脑油、喷气燃料和重质塔底油；同时将得到的重质塔底油循环至所述加氢精制反应器，与第二轻质馏分油混合后进行加氢精制反应。其具体工艺条件同实施例8。

对比例3

国家能源集团百万吨级煤直接液化工业示范装置工艺(鄂尔多斯)中制备的煤直接液化柴油。

对比例4

国家能源集团宁夏煤业400万吨/年煤间接液化装置工艺中制备的煤间接液化柴油。

以上对比例和实施例的原料油性质见表1、工艺条件见表2，所得喷气燃料产品或柴油产品性质见表3。

表1对比例和实施例原料油性质

表2实施例和对比例工艺条件

注：表中“0”表示不存在该组分；催化剂载体为氧化铝。

表3喷气燃料产品和柴油产品性质

由表3可见，煤直接液化粗油馏分油与煤间接液化粗油馏分油联合加工流程简单，工艺条件缓和。产品喷气燃料的密度、冰点、烟点、芳烃含量和馏程均达到《3号喷气燃料》GB6537-2018国标要求。

因此，在现有煤直接液化和间接液化已经成功工程化实施的基础上，将两者之间的油品提质工艺单元进行优化耦合，这样不仅可以优化产品结构，还能降低工艺复杂度，提升煤液化技术的整体经济效益，从而为煤液化技术可以更大规模的工业化实施提供有益的探索。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限值本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备喷气燃料的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将煤与溶剂油制备的油煤浆与氢气进行煤直接液化反应，生成的煤直接液化粗油在第一分馏塔经过分离后，得到第一轻质馏分油和重质馏分油；第一轻质馏分油进入油品混合器；

(2)煤气化合成气进行费托合成反应，合成的煤间接液化粗油经过第二分馏塔分离后，得到第二轻质馏分油和蜡，第二轻质馏分油进入油品混合器；

(3)将煤直接液化粗油分馏出的第一轻质馏分油与煤间接液化粗油分馏出的第二轻质馏分油在所述油品混合器中混合均匀后得到混合油，然后在加氢精制反应器中进行加氢精制反应；

(4)将步骤(3)得到的加氢产物经分馏后得到石脑油、喷气燃料和重质塔底油；

(5)步骤(4)得到的重质塔底油循环至所述加氢精制反应器，与所述混合油混合后进行加氢精制反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一分馏塔分馏温度为290-300℃，将该分馏温度以下的馏分作为第一轻质馏分油，将该分馏温度以上的馏分作为重质馏分油。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，第二分馏塔分馏温度为310-330℃，其中将该分馏温度以下的馏分作为第二轻质馏分油进入油品混合器。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述第一轻质馏分油与第二轻质馏分油的混合质量比为7:3-3:7。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述加氢精制反应的反应温度280-400℃，优选300-380℃，反应压力8.0-20.0MPa，优选12-18MPa；体积空速在0.4-4.0h^-1，优选0.5-2.0h^-1；氢油比400-1500V/V,优选500-1000V/V。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述加氢精制反应器装填的加氢催化剂的载体采用无定型氧化铝或硅酸铝，催化剂载体上负载的活性金属为VIB及VIII族；其中，催化剂载体上负载的VIB非贵金属组分含量为0.5-30％，VIII非贵金属组分含量为1-10％；VIB族金属选用Mo或/和W，VIII族金属选用Co或/和Ni。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，，在步骤(3)中，所述加氢精制反应器为固定床反应器。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，石脑油与喷气燃料的切割温度为130-150℃，喷气燃料与重质塔底油的切割温度为280-300℃。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述的煤直接液化粗油是通过煤直接液化工艺得到的液化粗油，其馏程在30～500℃的范围内；所述的煤间接液化粗油是经低温费托合成工艺得到的合成粗油，其馏程在30～500℃的范围内。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将所述重质馏分油进行加氢稳定处理，以得到溶剂油。