煤油共炼工艺中型试验研究
时间：2023-04-20 16:50:05 来源：千叶帆 本文已影响人
高 伟，王忠臣，李 伟，杨 涛，李文选，韩智发
[陕西延长石油(集团)有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心，陕西 西安 710075]
中国石化抚顺石油化工研究院于20世纪50年代曾对煤焦油的深加工开展了悬浮床加氢的试验研究[1-2]，取得了一定的成果和经验。2010年延长石油集团与KBR、BP公司合作[3-6]，开发了煤油共炼技术，煤油共炼技术的原料范围更广，不仅能单独加工煤、重劣质油(常减压渣油、催化油浆、煤焦油等)也可以将煤与重劣质油混合加工，并在反应中添加新的催化剂、添加剂，使转化率和液体收率进一步提高。
本试验探索了煤焦油作为原料与煤共炼的可行性及反应性能。试验中，先用FCC油浆与榆树湾煤进行共炼，获取基准数据，然后用煤焦油逐步替代FCC油浆，进行煤焦油与煤共炼，考察了油煤浆在加氢裂化装置上的反应效果整体转化情况，以及中试评价装置试验运行状况。
延长石油集团碳氢技术研究中心悬浮床加氢裂化中试装置加工量为0.15 t/d，具有煤-油共炼、重劣质油(煤焦油、渣油、FCC油浆)加氢裂化两种加工模式[10]。
悬浮床加氢工艺的核心为悬浮床加氢裂化装置(图1)，主要由以下几部分组成：进料罐、高压进料泵、预热器、一个含加热系统的悬浮床反应器、热高压分离器(HS)、HS顶的冷却系统和冷高压分离器、HS底的低压分离器。
图1 悬浮床加氢裂化中试装置工艺流程示意
添加物质(如催化剂、添加剂等)与原料充分混合后，重油(或油煤浆)自原料罐经高压进料泵升压至操作压力后，与预热至相同温度的循环氢、新氢混合，输送进入加热器进一步加热至一定温度后进入悬浮床反应器，反应器自身带有电加热系统，可严格控制反应器温度(450～470 ℃)，在反应器内物料进行加氢和热裂解反应，反应产物经过分离系统进行分离收集。
2.1 原料及其性质
原料主要性质见表1。
表1 原料的基本性质
从表1可以看出，此次煤焦油的水含量、胶质、沥青质含量偏高，需要在配料前进行脱水预处理和馏分段切割。切割后煤焦油的胶质、沥青质含量降低了很多，原料性质得到了改善，有利于裂化[11-12]，可作为试验原料使用。
2.2 试验过程
试验系统压力控制在20 MPa，目标温度468 ℃，进料量为2.2 kg/h，氢油比3 000 L/kg。首先以FCC油浆为溶剂，进行FCC油浆与煤共炼试验；
然后用250 ℃以上馏分的切后煤焦油逐步替代FCC油浆，考察煤焦油作为原料参与煤油共炼反应的可行性[13-14]。
试验内容包括：1)FCC油浆55%+西湾煤45%；
2)切后煤焦油15%+FCC油浆40%+西湾煤45%；
3)切后煤焦油25%+FCC油浆30%+西湾煤45%；
4)切后煤焦油60%+西湾煤40%。
试验过程中各工艺参数随时有波动，但整体保持在平稳状态，且均在设定值附近小幅波动，由于平衡取样时间较长，因此，这种波动总体上对平衡取样影响不大。试验共进行了4个考察点的考察，各次平衡取样结果见表2。
表2 平衡取样结果
3.1 FCC油浆与煤共炼的平衡取样结果
表2中1-1和1-2是进行FCC油浆与煤共炼时的两次平衡取样结果，可以看出两次取样煤转化率、渣油转化率和沥青质转化率基本平行，但液体收率却相差较大。结合之前试验数据判断，相对而言，1-1的数据更为可靠，可以作为后续试验效果判别的参与依据。
3.2 煤焦油掺入率为15%时的平衡取样结果
表2中2-1和2-2是进行煤焦油掺入率为15%时的平衡取样结果，两次结果平行性较好，两组数据与1-1的数据对照来看：煤转化率基本相同，对液收影响不计；
>525 ℃馏分转化率2-1/2的低最多为1.76%，对液收的负面影响约为1.76×((31%×15%+13%×40%)/55%)=0.32%；
油浆中<525 ℃馏分69%，煤焦油中<525 ℃馏分87%，煤焦油加入量为15%时，对液收的正面影响约为15%×(69%-87%)=2.7%；
沥青质转化率基本相当，对液收的影响不计。综合以上四方面，2-1和2-2液收比1-1最大可能点提高2.4%，而平衡取样的结果是2-1提高了1.3%，2-2提高了0.9%；
从液体收率来看，2-1/2这两组数据都无异常，但2-1的C1-C4收率明显与其他数据偏差较大，2-1和2-2的反应器四点平均温度分别为466.9 ℃和467.2 ℃，基本相等，与其他平衡取样的反应温度也基本无差别，C1-C4收率不应当出现大幅变化。综合考量，2-2的数据更为可靠，可作为煤焦油掺入率为15%时的平衡取样结果。
3.3 煤焦油掺入率为25%时的平衡取样结果
表2中3-1和3-2是进行煤焦油掺入率为25%时的平衡取样结果，两次结果平行性也比较好。从3-1和3-2两组数据与1-1的数据对照来看：煤转化率基本相同，对液收影响不计；
>525 ℃馏分转化率也基本相当，对液收影响忽略；
油浆中<525 ℃馏分69%，煤焦油中<525 ℃馏分87%，煤焦油加入量为25%时，对液收的正面影响约为25%×(69%-87%)=4.5%；
沥青质转化率高3%，对液收的正面影响3×45%×94%=1.27%。综合以上四方面，3-1和3-2液收比012-1-1最大可能提高5.7%，而平衡取样的结果是3-1提高了0.6%，3-2提高了约1.89%，从液体收率来看3-1和3-2这两组数据都无异常，但2-1的C1-C4收率明显与其他数据偏差较大， 3-1和3-2的反应器四点平均温度分别为467.9 ℃和467.5 ℃，基本相等，与其他平衡取样的反应温度也基本无差别，C1-C4收率不应当出现大幅变化。因此，取3-2的数据作为煤焦油掺入率为25%时的平衡取样结果。
3.4 煤焦油掺入率为60%时的平衡取样结果
表2中4-1和4-2是进行煤焦油掺入率为60%时的平衡取样结果，两次结果平行性不好，相差较大，但二者的反应器四点平均温度分别为466.8 ℃和467.1 ℃，基本相等，与其他平衡取样点的反应器四点平均温度也无差别。从4-1和4-2两组数据与1-1的数据对照来看：粗略地估算，油浆中<525 ℃馏分为69%，煤焦油中<525 ℃馏分为87%，煤焦油加入量为60%时，对液收的正面影响约为60%×87%-55%×69%=14.25%，因此，从4-1和4-2两组数据的液体收率比1-1提高10%以上都是有可能的，而实际平衡取样的结果是，4-1提高了11%，4-2是提高了7.4%，均未超过最大可能的范围，两组数据的液体收率看不出异常来，但是4-1的煤转化率接近100%，这种可能性不大，而且其加工损失也与其他数据相差更大，相对而言，4-2的数据比4-1的更可靠，故取4-2作为煤焦油掺入率为60%时的平衡取样结果。
a.从试验整体效果来看，煤焦油可作为煤油共炼的有效溶剂油使用，可与油浆联合使用，也可直接与煤混合加氢反应，目前市场上工业生产装置已得到广泛应用。
b.煤焦油掺入量为15%、25%和60%时，液体收率总体呈上升趋势，而相较于FCC油浆，煤焦油中烷烃含量降低，芳烃含量降低，而胶质、沥青质含量升高，H/C比降低，可见，煤焦油的供氢性能更差，渣油(>525 ℃以上组分)转化率也相应更低，但仍可达84%以上。
c.煤焦油的芳香分含量低，供氢性能稍差，加氢反应效果较差，而煤焦油中的大分子物质多是胶质、沥青质，更难于裂化，需深入研究煤焦油各段馏分的性质，优化馏分切割工艺条件，以获取更加理想的馏分。同时，还应进一步研究改善煤焦油供氢性能的其他技术。
d.油煤浆的成浆性能明显提高，输送效果变好，但本次试验进料系统仍有波动，不如以往试验平稳，说明油煤浆性能与生产要求还是存在一定差距，有待于进一步研究和提高。
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