一種煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法及系統與流程
2023-10-19 19:53:02
本發明涉及煤化工領域，尤其涉及一種煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法及系統。
背景技術：
煤炭分質利用被認為是實現煤炭清潔高效利用的有效途徑，也是我國「十三五」煤化工重點發展的方向。煤炭的分質利用就是通過熱解將煤炭中的煤氣、煤焦油和半焦等進行分離。其中，煤焦油通過加氫可生產出汽油、柴油，半焦通過熱解變為低揮發分、低硫的清潔燃料或原料。
若要提取規模產量的煤焦油和煤氣，煤炭分質利用需要實現規模化、大型化。煤熱解技術作為煤炭分質利用的「龍頭」，其中，單套煤熱解裝置規模越來越大型化，且熱解速率也迅速提高，煤在熱解爐中的停留時間僅為幾秒鐘，熱解油氣溢出速度快，且產出的煤焦油多為中低溫煤焦油，其性質與常規焦化產出的煤焦油有較大差別。
粉煤進行中低溫快速熱解生成的煤焦油多為水下油，焦油中含有大量的煤粉和煤灰，膠質瀝青質含量高，粘度較大，水含量較高，熱穩定性較差。尤其是在低原油價格時代，對快速熱解煤焦油進行高效經濟的深加工，對於煤炭分質利用的經濟性有著重要意義。因此，對煤焦油加工方法的研究受到了越來越多的關注。
現有技術一公開了一種最大化利用煤焦油殘渣的煤焦油加氫工藝，該工藝是將蒸餾得到的重餾分(>320℃或>350℃)採用漿態床加氫反應器進行加氫反應，加氫產物液相經熱高分分離獲得重殘油和輕油，氣相經熱低分獲得輕油，這兩部分輕油與蒸餾輕油(≤320℃或≤350℃)混合作為上述重殘油的萃取劑，經過濾後獲得液相，液相再經蒸餾獲得輕質油、中質油和重質油，輕質油和中質油作為加氫精制原料生產汽油和航空煤油，重質油作為延遲焦化原料生產針狀焦，焦化液相作為漿態床加氫反應進料。但是，輕油對重殘油的萃取效率有限，經蒸餾獲得的重質油中會含有大量的硫、氮等雜原子，以及微量金屬，其直接作為生產針狀焦的原料，會嚴重影響針狀焦的品質。
技術實現要素：
本發明旨在提供一種煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法及系統。本發明可最大化利用含油殘渣，使得煤快速熱解過程生成的煤焦油獲得綜合利用，並提高經濟效益。
本發明提出了一種煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法，所述方法包括以下步驟：
步驟A、將煤焦油和懸浮床加氫催化劑混合得到混合物料，並將所述混合物料送入懸浮床加氫反應器進行加氫裂化反應，得到裂化產物；
步驟B、將所述裂化產物分離得到裂化氣體產物和裂化液體產物，所述裂化液體產物過濾得到液相和含油殘渣；
步驟C、將所述液相、氫氣送入加氫精制反應器中，在加氫精制催化劑作用下進行加氫精制反應，得到精製產物，所述精製產物分離得到精製氣體產物和精製液體產物，所述精製液體產物蒸餾得到石腦油餾分、柴油餾分、重質餾分；
步驟D、將所述重質餾分送入延遲焦化反應器，反應得到針狀焦、焦化氣體、焦化液體；
步驟E、將所述焦化液體和所述步驟B中的含油殘渣進行混合攪拌，然後過濾得到油相和殘渣。
上述由煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法中，所述懸浮床加氫催化劑為非均相礦物粉末。
上述由煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法中，所述懸浮床加氫催化劑為黃鐵礦、赤泥、赤鐵礦、鎳鐵礦、褐鐵礦、無機鉬鹽、無機鎢鹽中的一種或幾種。
上述由煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法中，所述步驟A中的所述懸浮床加氫催化劑佔所述混合物料的百分比為0.1～5wt％。
上述由煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法中，所述加氫裂化反應的壓力為14～26MPa，優選為16～24MPa；所述加氫裂化反應的溫度為390～500℃，優選為400～470℃。
上述由煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法中，所述步驟C中的加氫精制催化劑中含有Ni、Mo、W中的一種或幾種，載體為γ-Al2O3。
上述由煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法中，所述加氫精制反應的壓力為8～15MPa，溫度為380～440℃；所述加氫精制反應過程中液時體積空速為0.5～2.0h-1；所述氫氣與所述液相的體積百分比為(600～1200):1。
本發明還提出了一種用於上述煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的系統，所述系統包括混合罐、懸浮床加氫反應器、第一分離器、第一過濾器、加氫精制反應器、第二分離器、常壓蒸餾塔、延遲焦化反應器、洗滌罐、第二過濾器；
所述混合罐具有煤焦油入口、懸浮床加氫催化劑入口、混合物料出口；
所述懸浮床加氫反應器具有混合物料入口、氫氣入口、裂化產物出口，該混合物料入口與所述混合罐的混合物料出口連接；
所述第一分離器具有裂化產物入口、裂化氣體產物出口、裂化液體產物出口，該裂化產物入口與所述懸浮床加氫反應器的裂化產物出口連接；
所述第一過濾器具有裂化液體產物入口、液相出口，該裂化液體產物入口與所述第一分離器的裂化液體產物出口連接；
所述加氫精制反應器具有液相入口、氫氣入口、精製產物出口，該液相入口與所述第一過濾器的液相出口連接；
所述第二分離器具有精製產物入口、精製氣體產物出口、精製液體產物出口，該精製產物入口與所述加氫精制反應器的精製產物出口連接；
所述常壓蒸餾塔具有精製液體產物入口、石腦油餾分出口、柴油餾分出口、重質餾分出口，該精製液體產物入口與所述第二分離器的精製液體產物出口連接；
所述延遲焦化反應器具有重質餾分入口、針狀焦出口、焦化氣體出口、焦化液體出口，該重質餾分入口與所述常壓蒸餾器的重質餾分出口連接；
所述洗滌罐具有焦化液體入口、含油殘渣入口、混合物料出口，該焦化液體入口與所述延遲焦化反應器的焦化液體出口連接；
所述第二過濾器具有混合物料入口，該混合物料入口與所述洗滌罐的混合物料出口連接。
進一步的，所述第一過濾器還具有含油殘渣出口。
進一步的，所述第二過濾器還具有油相出口和殘渣出口，該油相出口與所述加氫精制反應器的液相入口連接。
本發明可以利用高粉塵、高金屬、高硫、高氮、高膠質和瀝青質含量的快速熱解煤焦油，來生產輕質燃料和針狀焦。
作為生產針狀焦原料的重質餾分，本發明可以有效脫除該重質餾分中的膠質、瀝青質、金屬以及硫，並提高針狀焦中四環芳烴和五環芳烴的含量，進而有效改善針狀焦的品質。
本發明可實現含油殘渣的最大化利用。焦化液體作為含油殘渣的萃取劑，可以充分回收含油殘渣中的油相，該油相可作為加氫精制反應進料，從而顯著提高輕質餾分收率，同時提高該工藝的經濟性。
附圖說明
圖1為本發明實施例中煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的系統示意圖。
圖2為本發明實施例中煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法流程示意圖。
附圖中的附圖標記如下：
1、混合罐；2、懸浮床加氫反應器；3、第一分離器；4、第一過濾器；5、加氫精制反應器；6、第二分離器；7、常壓蒸餾塔；8、延遲焦化反應器；9、洗滌罐；10、第二過濾器。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。
由圖1所示，為本發明實施例中煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的系統示意圖。該系統包括依次連接的混合罐1、懸浮床加氫反應器2、第一分離器3、第一過濾器4、加氫精制反應器5、第二分離器6、常壓蒸餾塔7、延遲焦化反應器8、洗滌罐9、第二過濾器10。以下對各裝置之間的具體連接關係進行了詳細的介紹。
混合罐1具有煤焦油入口、懸浮床加氫催化劑入口、混合物料出口。
懸浮床加氫反應器2具有混合物料入口、氫氣入口、裂化產物出口。其中，混合物料入口與混合罐1的混合物料出口連接。
第一分離器3具有裂化產物入口、裂化氣體產物出口、裂化液體產物出口。其中，裂化產物入口與懸浮床加氫反應器2的裂化產物出口連接。
第一過濾器4具有裂化液體產物入口、液相出口、含油殘渣出口。其中，裂化液體產物入口與第一分離器3的裂化液體產物出口連接。
加氫精制反應器5具有液相入口、氫氣入口、精製產物出口。其中，液相入口與第一過濾器4的液相出口連接。
第二分離器6具有精製產物入口、精製氣體產物出口、精製液體產物出口。其中，精製產物入口與加氫精制反應器5的精製產物出口連接。
常壓蒸餾塔7具有精製液體產物入口、石腦油餾分出口、柴油餾分出口、重質餾分出口。其中，精製液體產物入口與第二分離器6的精製液體產物出口連接。
延遲焦化反應器8具有重質餾分入口、針狀焦出口、焦化氣體出口、焦化液體出口。其中，重質餾分入口與常壓蒸餾器7的重質餾分出口連接。
洗滌罐9具有焦化液體入口、含油殘渣入口、混合物料出口。其中，焦化液體入口與延遲焦化反應器8的焦化液體出口連接，含油殘渣入口與第一過濾器4的含油殘渣出口連接。
第二過濾器10具有混合物料入口、油相出口、殘渣出口。其中，混合物料入口與洗滌罐9的混合物料出口連接，油相出口與加氫精制反應器5的液相入口連接。
基於上述系統，本發明還提出了一種煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法。圖2即為該方法的具體流程示意圖。
由圖2所示，本發明提出的煤焦油最大化生產輕質燃料和針狀焦的方法，包括如下步驟：
步驟A、煤焦油的加氫裂化：對煤焦油進行脫水乾燥，並脫除其中的大顆粒機械雜質，對煤焦油進行淨化，然後將其和懸浮床加氫催化劑分別經由煤焦油入口、懸浮床加氫催化劑入口送入混合罐1中，混合均勻後得到混合物料。混合物料經混合物料出口排出後，經由混合物料入口送入懸浮床加氫反應器2中。同時，經由氫氣入口向其中通入氫氣，使得混合物料在懸浮床加氫反應器2中進行加氫裂化反應，反應後得到的裂化產物經由裂化產物出口排出。
其中，懸浮床加氫催化劑選擇非均相礦物粉末，具體為黃鐵礦、赤泥、赤鐵礦、鎳鐵礦、褐鐵礦、無機鉬鹽、無機鎢鹽中的一種或幾種。並且，該懸浮床加氫催化劑的添加量佔混合物料的百分比為0.1～5wt％(wt％為質量百分比)。
在該步驟中，煤焦油和懸浮床加氫催化劑的混合物料在懸浮床加氫反應器2中進行加氫裂化反應的反應條件為：反應壓力為14～26MPa，優選為16～24MPa；反應溫度為390～500℃，優選為400～470℃。
步驟B、裂化產物的分離過濾：上述步驟A中排出的裂化產物經由裂化產物入口送入第一分離器3中。在第一分離器3中，裂化產物進行分離得到裂化氣體產物、裂化液體產物，並分別經由裂化氣體產物出口、裂化液體產物出口排出第一分離器3。然後，將裂化液體產物收集後，經由裂化液體產物入口送入第一過濾器4中，過濾得到液相、含油殘渣，並分別經由液相出口、含油殘渣出口排出第一過濾器4。
步驟C、生產輕質燃料：上述步驟B中排出的液相經由液相入口送入加氫精制反應器5中，同時，經由氫氣入口通入氫氣，在其中加氫精制催化劑的作用下，進行加氫精制反應。反應後得到精製產物，並經由精製產物出口排出加氫精制反應器5。精製產物排出後，經由精製產物入口送入第二分離器6中，分離後得到精製氣體產物、精製液體產物，並分別經由精製氣體產物出口、精製液體產物出口排出第二分離器6。
上述精製液體產物經由精製液體產物入口送入常壓蒸餾塔7中，蒸餾後得到石腦油餾分、柴油餾分、重質餾分，並分別經由石腦油餾分出口、柴油餾分出口、重質餾分出口排出常壓蒸餾塔7。其中，石腦油餾分、柴油餾分即為本發明所需的輕質燃料。
其中，加氫精制催化劑中的加氫活性組分為Ni、Mo、W中的一種或幾種，本發明實施例中的載體選擇γ-Al2O3。
在該步驟中，進行加氫精制反應的反應條件為：反應壓力為8～15MPa，反應溫度為380～440℃，反應過程中的液時體積空速為0.5～2.0h-1，氫氣與油相的體積百分比為(600～1200):1。
其中，液時體積空速為空速的一種表示形式。本發明實施例中，液時體積空速指的是單位體積加氫精制催化劑每小時處理油相的體積。
步驟D、製備針狀焦：上述步驟C中排出的重質餾分經由重質餾分入口送入延遲焦化反應器8中，進行延遲焦化反應製備得到針狀焦、焦化氣體、焦化液體，並分別經由針狀焦出口、焦化氣體出口、焦化液體出口排出延遲焦化反應器8。
步驟E、萃取含油殘渣中的油相：上述步驟D中排出的焦化液體經由焦化液體入口送入洗滌罐9中。同時，步驟B中第一過濾器4排出的含油殘渣經由含油殘渣入口也送入洗滌罐9中。焦化液體作為含油殘渣的萃取劑，在洗滌罐9中充分混合攪拌得到混合物料，並經由混合物料出口排出洗滌罐9。
上述混合物料經由混合物料入口送入第二過濾器10中，過濾得到油相、殘渣，並分別經由油相出口、殘渣出口排出第二過濾器10。
該步驟中，焦化液體作為含油殘渣的萃取劑，可充分回收含油殘渣中的油相。所獲得的油相經由加氫精制反應器5的液相入口送入加氫精制反應器5中，作為加氫精制反應的進料，從而顯著提高輕質餾分收率。
該步驟中萃取過程得到的殘渣用於冶金原料。
實施例1
本實施例中懸浮床加氫反應的催化劑選擇鎳鐵礦(含鐵48.5wt％，含鎳1.5wt％)，粒徑為100～200目，添加量為1.5wt％。加氫裂化反應的反應條件為：反應壓力為18MPa，反應溫度為440℃。
加氫精制反應催化劑的活性組分選擇Ni、W複合金屬，其中NiO和WO3的含量分別為4.1wt％、18.7wt％，載體為γ-Al2O3。加氫精制反應的反應條件為：反應壓力為10MPa，反應溫度為400℃，液時體積空速為1.0h-1，氫氣與油相的體積百分比為800：1。
延遲焦化反應的條件為：反應溫度為450℃，恆溫反應時間為9h。
本實施例中，焦化液體作為含油殘渣的萃取劑，在洗滌罐9中充分混合攪拌後，經第二過濾器10過濾分離出油相和殘渣，油相與第一過濾器4分離出的液相一起作為加氫精制反應的進料。
實施例1採用的快速熱解煤焦油的主要性質見表1，得到的主要產物分布見表2。
實施例2
本實施例中懸浮床加氫反應的催化劑選擇硝酸鉬，該催化劑的添加量為0.5wt％(按Mo元素的含量計)，加氫裂化反應的反應條件為：反應壓力為22MPa，反應溫度為460℃。
加氫精制反應催化劑的活性組分選擇Ni、W、Mo複合金屬，其中NiO、MoO、WO3的含量分別為4.1wt％、5.2wt％、20.7wt％，載體為γ-Al2O3。加氫精制反應的反應條件為：反應壓力為12MPa，反應溫度為420℃，液時體積空速為1.5h-1，氫氣與油相的體積百分比為1000：1。
延遲焦化反應的條件為：反應溫度為450℃，恆溫反應時間為9h。
本實施例中，焦化液體作為含油殘渣的萃取劑，在洗滌罐9中充分混合攪拌後，經第二過濾器10過濾分離出油相和殘渣，油相與第一過濾器4分離出的液相一起作為加氫精制反應的進料。
實施例1採用的快速熱解煤焦油的主要性質見表1，得到的主要產物分布見表2。
表1快速熱解煤焦油的主要性質
表2實施例1和實施例2主要產物分布
由表1和表2所示，實施例1和實施例2的操作條件可實現快速熱解煤焦油的綜合利用，生產出具有工業應用價值的輕質燃料和針狀焦。
最後應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。