FCC油漿與煤共煉試驗(yàn)研究

聞容基，段小鋒，問王偉，陳金霞，何炳昊

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

煤油共煉是重劣質(zhì)渣油（包括催化裂化油漿、常壓渣油、減壓渣油、DCC重油等）與煤粉混合油加氫液化的過程［1］。與傳統(tǒng)的煤直接液化技術(shù)相比，煤油共煉中使用重劣質(zhì)油充當(dāng)或代替循環(huán)溶劑油。適合煤油共煉的重劣質(zhì)油大多都具有高粘度、高密度、高多環(huán)芳烴含量的特點(diǎn)，在煤油共煉的過程中有較好的供氫性，能夠與煤產(chǎn)生較好的協(xié)同效應(yīng)，從而提高煤粉轉(zhuǎn)化率［2］。

從理論上講，煤焦油是煤炭熱解過程的產(chǎn)物，其成分和分子結(jié)構(gòu)與煤相似，多環(huán)芳烴含量也高于一般重劣質(zhì)油，與煤的協(xié)同效應(yīng)大于一般重劣質(zhì)油［3］。但是，中國煤焦油產(chǎn)地相對較廣，各地區(qū)煤焦油性質(zhì)差別相對較大，煤焦油采購和前期預(yù)處理成本較高，并且不同煤種產(chǎn)生的煤焦油與煤混合時(shí)成漿性差異較大，影響反應(yīng)的平穩(wěn)性。此外，煤焦油中氫含量低于其它重劣質(zhì)油，在反應(yīng)過程中氫耗相對較高，影響經(jīng)濟(jì)性。而催化裂化油漿（FCC油漿）不僅具有重劣質(zhì)油的普遍特點(diǎn)，還具有性質(zhì)穩(wěn)定、產(chǎn)量豐富、前期處理比較容易等優(yōu)點(diǎn)，所以選用FCC油漿作為煤油共煉的溶劑油優(yōu)勢大于煤焦油。

碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心懸浮床加氫試驗(yàn)評價(jià)裝置的進(jìn)料泵采用小流量里瓦柱塞泵，并非專用的油煤漿進(jìn)料泵，油煤漿成漿性好壞直接影響進(jìn)料量的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響反應(yīng)過程。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)CC油漿與煤混合的油煤漿粘度、穩(wěn)定性好于煤焦油與煤制成的油煤漿。因此決定采用FCC油漿作為煤油共煉的溶劑油開展研究試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)裝置

碳?xì)渲行膽腋〈布託渲性囇b置加工量為150 kg/d，具有煤—油共煉、重油（煤焦油、FCC油漿、減壓渣油）全餾分加氫2種加工模式，整套裝置采用2段加氫裂化流程，共有7個(gè)單元，分別是：原料制備單元、懸浮床加氫裂化單元、固定床加氫裂化單元、VGO加氫裂化單元、單級蒸餾單元、3級蒸餾單元和傳熱單元。其中懸浮床加氫裂化單元是整套裝置7個(gè)單元中最核心的單元。此次試驗(yàn)主要圍繞懸浮床加氫裂化單元開展，其它單元不投用。

在40 L的轉(zhuǎn)運(yùn)罐中將FCC油漿與煤粉混合，并加入添加劑、催化劑混合均勻。將混合好的油煤漿加入原料罐經(jīng)高壓進(jìn)料泵升壓后與預(yù)熱新氫、循環(huán)氫混合，通過2個(gè)鋁浴加熱器加熱后（320℃）進(jìn)入懸浮床反應(yīng)器，反應(yīng)器外壁電加熱器將反應(yīng)器溫度升至468℃左右并維持該操作溫度，原料進(jìn)行熱裂解反應(yīng)和加氫反應(yīng)。懸浮床反應(yīng)器反應(yīng)后的物料進(jìn)入熱高壓分離器，進(jìn)行氣相、液相和固相分離。熱高分底部固液混合物通過間歇式減壓閥排出，得到高分底部產(chǎn)物，熱高壓分離器頂部的氣相經(jīng)冷卻、注水后進(jìn)入冷高壓分離器進(jìn)行進(jìn)氣液分離。冷高壓分離器底部液相油水混合物減壓后進(jìn)入油水分離罐進(jìn)行油水分離，分別得到酸性水和冷高分底部產(chǎn)物。冷高壓分器頂部氣相為循環(huán)氣，為維持反應(yīng)氫氣純度，1部分外排，另1部分通過循環(huán)氣壓縮機(jī)壓縮后并入系統(tǒng)重復(fù)利用，流程見圖1。

圖1 懸浮床加氫裝置流程

1.2 原料

1.2.1 煤粉試驗(yàn)用煤為西灣煤，采購50 kg袋裝塊煤，經(jīng)過破碎、研磨后，使用200目篩子過篩，放入100℃烘箱干燥后作原料煤，進(jìn)行油煤漿配制。西灣煤煤質(zhì)分析見表1，西灣煤巖相分析見表2。從表1、2可以看出，原料煤灰分含量7.4%，相對較低。煤中容易液化鏡質(zhì)組含量占53.00%。煤中揮發(fā)份為35.38%，相對較高。碳元素含量為72.73%，研究表明當(dāng)煤中碳含量小于83%時(shí)，油煤共煉過程中油收率隨碳含量的增加而增加［4］。因此西灣煤比較適合用作煤油共煉試驗(yàn)。

表1 西灣煤煤質(zhì)分析/%

表2 西灣煤巖相分析/%

1.2.2 FCC油漿在煤油共煉過程中，溶劑油的芳香份含量越高，溶劑油對煤的溶解性越好，加氫液化時(shí)煤的轉(zhuǎn)化率越高［5］。FCC油漿中所含的多環(huán)芳烴不僅具有一般溶劑的溶解和分散煤裂解產(chǎn)生的碎片的作用，還能在反應(yīng)過程中傳遞活性氫，從而有效提高煤的轉(zhuǎn)化效率［6］。該煉油廠的FCC油漿中芳香分含量為69.00%，氫含量為8.88%，較適合作為煤油共煉的溶劑油。

1.3 試驗(yàn)過程

油煤漿的配置在40 L的轉(zhuǎn)運(yùn)罐中進(jìn)行，轉(zhuǎn)運(yùn)罐外壁設(shè)有電加熱器，以維持油煤將配置過程所需要的溫度。原料配置比例為55%FCC油漿+45%西灣煤+1.80%赤泥催化劑+0.55%添加劑。

研究表明FCC油漿制備的油煤漿粘度在200℃以前隨溫度的升高而降低。所以試驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)運(yùn)罐電加熱設(shè)定溫度120℃，同時(shí)為避免油煤漿中煤粉溶脹加大油煤漿粘度，保證配制的油煤漿在15 h內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。

在懸浮床加氫單元運(yùn)行過程中，反應(yīng)器入口溫度在320℃，反應(yīng)溫度保持在468℃左右，熱高分溫度在370℃，進(jìn)料量穩(wěn)定在2.2 kg/h，系統(tǒng)壓力為22 MPa，純度99.5%的氫氣補(bǔ)入量為370 g/h，循環(huán)氣中氫氣純度保持在80%以上，滿足液化加氫過程中氫油比為3 000 L/kg。

在試驗(yàn)過程中，每個(gè)考察點(diǎn)取樣4 h。裝置調(diào)整操作條件到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后，再穩(wěn)定運(yùn)行約12 h，以置換裝置管線、容器內(nèi)殘余的其它操作條件反應(yīng)的物料，獲得真實(shí)樣品。

試驗(yàn)主要分析產(chǎn)品為熱低分產(chǎn)物、冷低分產(chǎn)物和循環(huán)氣。

在計(jì)時(shí)取樣開始后，對進(jìn)料流量、各管路補(bǔ)入氫氣流量、循環(huán)氣流量、循環(huán)氣排放量、熱低分氣、冷低分氣分別進(jìn)行累計(jì)。將熱低分產(chǎn)品、冷低分產(chǎn)品收集稱重。取樣計(jì)時(shí)結(jié)束后進(jìn)行物料平衡計(jì)算，損失小于5%算為合格樣。在取樣開始2 h后對所有氣相產(chǎn)物進(jìn)行取樣，氣體產(chǎn)物在線取樣時(shí)，需將取樣器置換3次。

2 結(jié)果與分析

試驗(yàn)過程保持原料配比和反應(yīng)條件不變，進(jìn)行6次平衡取樣。熱高分底部產(chǎn)物進(jìn)行瀝青質(zhì)含量、固含量、高溫模擬蒸餾、元素組成（固體和液體）、殘?zhí)挤治?。冷高分底部產(chǎn)物進(jìn)行模擬蒸餾（實(shí)沸點(diǎn)蒸餾）、元素組成、金屬含量、氯含量的分析。循環(huán)氣、熱低分氣、冷低分氣進(jìn)行氣體組成分析，結(jié)果見表3。

表3 分析計(jì)算結(jié)果/%

通過對6次重復(fù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行分析與計(jì)算，在此實(shí)驗(yàn)條件下，>525℃重組分（不含固）轉(zhuǎn)化率在83%以上，煤炭轉(zhuǎn)化率均在87%以上，說明煤炭和FCC油漿轉(zhuǎn)化效果較為穩(wěn)定，且轉(zhuǎn)化率較高，反應(yīng)深度衰減不明顯，驗(yàn)證了FCC油漿與西灣煤共煉的轉(zhuǎn)化效果。

3 結(jié)束語

FCC油漿與西灣煤共煉過程中，油煤漿濃度高達(dá)45%時(shí)進(jìn)料泵運(yùn)行穩(wěn)定，證明具有穩(wěn)定的成漿性，說明FCC油漿能夠改善油煤漿性質(zhì)。45%油煤漿中加入0.55%活性炭添加劑、1.80%赤泥催化劑（以原料量為基準(zhǔn)），在反應(yīng)空速0.5 h-1、反應(yīng)溫度468℃、氫油比3 000 L/kg的反應(yīng)條件下，整體液體收率平均值72.94%，煤轉(zhuǎn)化率平均值為88.8%，氫耗為5.09%。試驗(yàn)結(jié)果說明FCC油漿與西灣煤具有較好協(xié)同效應(yīng)，驗(yàn)證了FCC油漿與煤共煉的可行性，同時(shí)也可緩解煤直接液化裝置溶劑油不足的問題。相較煤直接液化技術(shù)，在懸浮床加氫裝置上進(jìn)行FCC油漿與西灣煤共煉的技術(shù)具有整體液收高，氫氣消耗少，煤轉(zhuǎn)化率高的特點(diǎn)。