煤油共煉工藝中型試驗(yàn)研究

高 偉，王忠臣，李 偉，楊 濤，李文選，韓智發(fā)

[陜西延長(zhǎng)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]

中國(guó)石化撫順石油化工研究院于20世紀(jì)50年代曾對(duì)煤焦油的深加工開(kāi)展了懸浮床加氫的試驗(yàn)研究[1-2]，取得了一定的成果和經(jīng)驗(yàn)。2010年延長(zhǎng)石油集團(tuán)與KBR、BP公司合作[3-6]，開(kāi)發(fā)了煤油共煉技術(shù)，煤油共煉技術(shù)的原料范圍更廣，不僅能單獨(dú)加工煤、重劣質(zhì)油(常減壓渣油、催化油漿、煤焦油等)也可以將煤與重劣質(zhì)油混合加工，并在反應(yīng)中添加新的催化劑、添加劑，使轉(zhuǎn)化率和液體收率進(jìn)一步提高。

本試驗(yàn)探索了煤焦油作為原料與煤共煉的可行性及反應(yīng)性能。試驗(yàn)中，先用FCC油漿與榆樹(shù)灣煤進(jìn)行共煉，獲取基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，然后用煤焦油逐步替代FCC油漿，進(jìn)行煤焦油與煤共煉，考察了油煤漿在加氫裂化裝置上的反應(yīng)效果整體轉(zhuǎn)化情況，以及中試評(píng)價(jià)裝置試驗(yàn)運(yùn)行狀況。

1 中試裝置簡(jiǎn)介

延長(zhǎng)石油集團(tuán)碳?xì)浼夹g(shù)研究中心懸浮床加氫裂化中試裝置加工量為0.15 t/d，具有煤-油共煉、重劣質(zhì)油(煤焦油、渣油、FCC油漿)加氫裂化兩種加工模式[10]。

懸浮床加氫工藝的核心為懸浮床加氫裂化裝置(圖1)，主要由以下幾部分組成：進(jìn)料罐、高壓進(jìn)料泵、預(yù)熱器、一個(gè)含加熱系統(tǒng)的懸浮床反應(yīng)器、熱高壓分離器(HS)、HS頂?shù)睦鋮s系統(tǒng)和冷高壓分離器、HS底的低壓分離器。

圖1 懸浮床加氫裂化中試裝置工藝流程示意

添加物質(zhì)(如催化劑、添加劑等)與原料充分混合后，重油(或油煤漿)自原料罐經(jīng)高壓進(jìn)料泵升壓至操作壓力后，與預(yù)熱至相同溫度的循環(huán)氫、新氫混合，輸送進(jìn)入加熱器進(jìn)一步加熱至一定溫度后進(jìn)入懸浮床反應(yīng)器，反應(yīng)器自身帶有電加熱系統(tǒng)，可嚴(yán)格控制反應(yīng)器溫度(450～470 ℃)，在反應(yīng)器內(nèi)物料進(jìn)行加氫和熱裂解反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)分離系統(tǒng)進(jìn)行分離收集。

2 試 驗(yàn)

2.1 原料及其性質(zhì)

原料主要性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 原料的基本性質(zhì)

從表1可以看出，此次煤焦油的水含量、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量偏高，需要在配料前進(jìn)行脫水預(yù)處理和餾分段切割。切割后煤焦油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量降低了很多，原料性質(zhì)得到了改善，有利于裂化[11-12]，可作為試驗(yàn)原料使用。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)系統(tǒng)壓力控制在20 MPa，目標(biāo)溫度468 ℃，進(jìn)料量為2.2 kg/h，氫油比3 000 L/kg。首先以FCC油漿為溶劑，進(jìn)行FCC油漿與煤共煉試驗(yàn)；然后用250 ℃以上餾分的切后煤焦油逐步替代FCC油漿，考察煤焦油作為原料參與煤油共煉反應(yīng)的可行性[13-14]。

試驗(yàn)內(nèi)容包括：1)FCC油漿55%+西灣煤45%；2)切后煤焦油15%+FCC油漿40%+西灣煤45%；3)切后煤焦油25%+FCC油漿30%+西灣煤45%；4)切后煤焦油60%+西灣煤40%。

試驗(yàn)過(guò)程中各工藝參數(shù)隨時(shí)有波動(dòng)，但整體保持在平穩(wěn)狀態(tài)，且均在設(shè)定值附近小幅波動(dòng)，由于平衡取樣時(shí)間較長(zhǎng)，因此，這種波動(dòng)總體上對(duì)平衡取樣影響不大。試驗(yàn)共進(jìn)行了4個(gè)考察點(diǎn)的考察，各次平衡取樣結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 平衡取樣結(jié)果

3 結(jié)果與討論

3.1 FCC油漿與煤共煉的平衡取樣結(jié)果

表2中1-1和1-2是進(jìn)行FCC油漿與煤共煉時(shí)的兩次平衡取樣結(jié)果，可以看出兩次取樣煤轉(zhuǎn)化率、渣油轉(zhuǎn)化率和瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率基本平行，但液體收率卻相差較大。結(jié)合之前試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，相對(duì)而言，1-1的數(shù)據(jù)更為可靠，可以作為后續(xù)試驗(yàn)效果判別的參與依據(jù)。

3.2 煤焦油摻入率為15%時(shí)的平衡取樣結(jié)果

表2中2-1和2-2是進(jìn)行煤焦油摻入率為15%時(shí)的平衡取樣結(jié)果，兩次結(jié)果平行性較好，兩組數(shù)據(jù)與1-1的數(shù)據(jù)對(duì)照來(lái)看：煤轉(zhuǎn)化率基本相同，對(duì)液收影響不計(jì)；>525 ℃餾分轉(zhuǎn)化率2-1/2的低最多為1.76%，對(duì)液收的負(fù)面影響約為1.76×((31%×15%+13%×40%)/55%)=0.32%；油漿中<525 ℃餾分69%，煤焦油中<525 ℃餾分87%，煤焦油加入量為15%時(shí)，對(duì)液收的正面影響約為15%×(69%-87%)=2.7%；瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率基本相當(dāng)，對(duì)液收的影響不計(jì)。綜合以上四方面，2-1和2-2液收比1-1最大可能點(diǎn)提高2.4%，而平衡取樣的結(jié)果是2-1提高了1.3%，2-2提高了0.9%；從液體收率來(lái)看，2-1/2這兩組數(shù)據(jù)都無(wú)異常，但2-1的C1-C4收率明顯與其他數(shù)據(jù)偏差較大，2-1和2-2的反應(yīng)器四點(diǎn)平均溫度分別為466.9 ℃和467.2 ℃，基本相等，與其他平衡取樣的反應(yīng)溫度也基本無(wú)差別，C1-C4收率不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)大幅變化。綜合考量，2-2的數(shù)據(jù)更為可靠，可作為煤焦油摻入率為15%時(shí)的平衡取樣結(jié)果。

3.3 煤焦油摻入率為25%時(shí)的平衡取樣結(jié)果

表2中3-1和3-2是進(jìn)行煤焦油摻入率為25%時(shí)的平衡取樣結(jié)果，兩次結(jié)果平行性也比較好。從3-1和3-2兩組數(shù)據(jù)與1-1的數(shù)據(jù)對(duì)照來(lái)看：煤轉(zhuǎn)化率基本相同，對(duì)液收影響不計(jì)；>525 ℃餾分轉(zhuǎn)化率也基本相當(dāng)，對(duì)液收影響忽略；油漿中<525 ℃餾分69%，煤焦油中<525 ℃餾分87%，煤焦油加入量為25%時(shí)，對(duì)液收的正面影響約為25%×(69%-87%)=4.5%；瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率高3%，對(duì)液收的正面影響3×45%×94%=1.27%。綜合以上四方面，3-1和3-2液收比012-1-1最大可能提高5.7%，而平衡取樣的結(jié)果是3-1提高了0.6%，3-2提高了約1.89%，從液體收率來(lái)看3-1和3-2這兩組數(shù)據(jù)都無(wú)異常，但2-1的C1-C4收率明顯與其他數(shù)據(jù)偏差較大， 3-1和3-2的反應(yīng)器四點(diǎn)平均溫度分別為467.9 ℃和467.5 ℃，基本相等，與其他平衡取樣的反應(yīng)溫度也基本無(wú)差別，C1-C4收率不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)大幅變化。因此，取3-2的數(shù)據(jù)作為煤焦油摻入率為25%時(shí)的平衡取樣結(jié)果。

3.4 煤焦油摻入率為60%時(shí)的平衡取樣結(jié)果

表2中4-1和4-2是進(jìn)行煤焦油摻入率為60%時(shí)的平衡取樣結(jié)果，兩次結(jié)果平行性不好，相差較大，但二者的反應(yīng)器四點(diǎn)平均溫度分別為466.8 ℃和467.1 ℃，基本相等，與其他平衡取樣點(diǎn)的反應(yīng)器四點(diǎn)平均溫度也無(wú)差別。從4-1和4-2兩組數(shù)據(jù)與1-1的數(shù)據(jù)對(duì)照來(lái)看：粗略地估算，油漿中<525 ℃餾分為69%，煤焦油中<525 ℃餾分為87%，煤焦油加入量為60%時(shí)，對(duì)液收的正面影響約為60%×87%-55%×69%=14.25%，因此，從4-1和4-2兩組數(shù)據(jù)的液體收率比1-1提高10%以上都是有可能的，而實(shí)際平衡取樣的結(jié)果是，4-1提高了11%，4-2是提高了7.4%，均未超過(guò)最大可能的范圍，兩組數(shù)據(jù)的液體收率看不出異常來(lái)，但是4-1的煤轉(zhuǎn)化率接近100%，這種可能性不大，而且其加工損失也與其他數(shù)據(jù)相差更大，相對(duì)而言，4-2的數(shù)據(jù)比4-1的更可靠，故取4-2作為煤焦油摻入率為60%時(shí)的平衡取樣結(jié)果。

4 結(jié) 論

a.從試驗(yàn)整體效果來(lái)看，煤焦油可作為煤油共煉的有效溶劑油使用，可與油漿聯(lián)合使用，也可直接與煤混合加氫反應(yīng)，目前市場(chǎng)上工業(yè)生產(chǎn)裝置已得到廣泛應(yīng)用。

b.煤焦油摻入量為15%、25%和60%時(shí)，液體收率總體呈上升趨勢(shì)，而相較于FCC油漿，煤焦油中烷烴含量降低，芳烴含量降低，而膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量升高，H/C比降低，可見(jiàn)，煤焦油的供氫性能更差，渣油(>525 ℃以上組分)轉(zhuǎn)化率也相應(yīng)更低，但仍可達(dá)84%以上。

c.煤焦油的芳香分含量低，供氫性能稍差，加氫反應(yīng)效果較差，而煤焦油中的大分子物質(zhì)多是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，更難于裂化，需深入研究煤焦油各段餾分的性質(zhì)，優(yōu)化餾分切割工藝條件，以獲取更加理想的餾分。同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步研究改善煤焦油供氫性能的其他技術(shù)。

d.油煤漿的成漿性能明顯提高，輸送效果變好，但本次試驗(yàn)進(jìn)料系統(tǒng)仍有波動(dòng)，不如以往試驗(yàn)平穩(wěn)，說(shuō)明油煤漿性能與生產(chǎn)要求還是存在一定差距，有待于進(jìn)一步研究和提高。