重油进入煤加氢直接液化中间反应过程的油煤共炼方法技术

本发明专利技术涉及重油进入煤加氢直接液化中间反应过程的油煤共炼方法，在供氢溶剂配制的油煤浆完成煤粉加氢液化反应过程的初期加氢热解反应阶段AR1比如煤粉加氢液化反应过程全部停留时间的25～35％阶段的初期煤液化所得产物AR1P，混入重油进行油煤共炼加氢反应完成后期煤粉加氢液化反应过程和重油加氢热裂化过程，一方面使AR1的供氢溶剂浓度不被重油早期稀释降低而防止煤热解自由基碎片热缩合，另一方面使重油热解反应的停留时间短于煤粉加氢液化反应过程的停留时间而减少过度的二次热裂化反应，在维持热解自由基碎片的氢自由基耗量与供氢量基本平衡的条件下，二次利用供氢溶剂适量掺炼重油从而降低系统总投资、提高经济性。

【技术实现步骤摘要】
重油进入煤加氢直接液化中间反应过程的油煤共炼方法
本专利技术涉及重油进入煤加氢直接液化中间反应过程的油煤共炼方法，在供氢溶剂配制的油煤浆完成煤粉加氢液化反应过程的初期加氢热解反应阶段AR1比如煤粉加氢液化反应过程全部停留时间的25～35％阶段的初期煤液化所得产物AR1P，混入重油进行油煤共炼加氢反应完成后期煤粉加氢液化反应过程和重油加氢热裂化过程，一方面使AR1的供氢溶剂浓度不被重油早期稀释降低而防止煤热解自由基碎片热缩合，另一方面使重油热解反应的停留时间短于煤粉加氢液化反应过程的停留时间而减少过度的二次热裂化反应，在维持热解自由基碎片的氢自由基耗量与供氢量基本平衡的条件下，二次利用供氢溶剂适量掺炼重油从而降低系统总投资、提高经济性。
技术介绍
油煤共炼，指的是同时对煤和非煤衍生油进行共加工。关于现有的油煤共炼方法，记载这类数据的一个文献见文献A01：①出版物名称：《现代煤化工技术手册》，1060页至1063页；②检索用图书编码：ISBN编码：978-7-122-09636-4，中国版本图书馆CIP数据核字(2010)第197010号；③编著：贺永德主编；④出版社：化学工业出版社。油煤共炼过程所使用的原料油FD，通常是低价值的高沸点物质，如来自石油加工业的沥青、超重原油或石油残渣或焦油液体烃，页岩油重油或油沙重油。传统定义下的油煤共炼过程，原料油FD用来配制煤浆和用作煤的输送介质，不使用供氢溶剂油，没有供氢溶剂油回路，基本工艺可以是单段或两段。在油煤共炼过程，大部分液体产品从油中衍生而不是从煤制得，当然少部分液体产品从煤制得。油煤共炼过程，总目标是在煤液化的同时将石油衍生物提质，减少单位产品的投资和操作费用。但是，非煤衍生溶剂对煤的溶解性能较差，供氢能力液很低，因此，煤转化为液体产品的传化率相对较低。事实上，传统定义下的油煤共炼工艺的研究历史已超过45年，但是至今仍无商业化装置建设和投产。现有的传统定义下的油煤共炼加氢反应方法，为了实现低投资和低操作费用的目标，以不使用循环供氢溶剂为前提条件；而在油煤共炼加氢反应过程，煤液化产生的自由基的稳定需要大量活性氢，原料油热裂化产生的自由基的稳定需要大量活性氢，脱出杂元素如氧、硫、氮的加氢解离反应需要大量活性氢，活性氢的大量需求，与油煤共炼加氢反应过程无法提供大量活性氢的固有特点之间构成无法平衡的本质矛盾，缺乏活性氢的反应条件下大分子烃热裂解自由基高温热缩合反应大量发生，产生大量热缩合物如焦炭，因此，油煤共炼加氢反应过程，要么转化率极低，而提高转化率则大量结焦导致反应过程无法长时间连续运行。从以上分析可以看出，现有的传统定义下的油煤共炼加氢反应方法的根本缺陷在于无法提供反应需要的大量活性氢，而通过使用能够有效释放活性氢的供氢溶剂油，可以显著改善现有的油煤共炼加氢反应过程，但是，如果采用类同于现有的煤加氢直接液化反应过程使用的大量循环供氢溶剂油，将供氢溶剂油用来配制煤浆、与重油混合和用作煤的输送介质，则会导致油煤共炼整体过程的单位产品的投资和操作费用大幅度上升，失去“期望的油煤共炼的”经济竞争力，其关键原因是供氢溶剂油用量过大。独立的重油特别是富含芳烃的重油的加氢热裂化过程，重油原料油热裂化产生的自由基的稳定需要大量活性氢，脱出杂元素如氧、硫、氮的加氢解离反应需要大量活性氢，活性氢的大量需求，要求使用循环供氢溶剂才能保证长期稳定运行，否者产生大量热缩合物如焦炭，并产生巨额温升增加控制难度，因此其经济性较低。事实上，经济的高转化率的煤加氢直接液化过程必须使用供氢溶剂油，在承认这一个客观事实的基础上，本专利技术希望提出一种合理可行的油煤共炼方法，降低重油加氢热裂化过程的投资，兼顾煤加氢直接液化过程、重油加氢热裂化过程的操作条件的优化，因此，本专利技术的目标是如何构建组合流程，降低供氢溶剂总用量。以下分析煤加氢直接液化反应过程的不同位置对供氢剂的需求。众所周知，煤的加氢直接液化反应过程，一般要经历煤的热解、加氢和进一步分解等过程，最终成为稳定的可蒸馏的液体分子。煤的热解过程，要将煤转化为液体，必须破坏煤的大分子结构，使其分解为适合进一步加工的尺寸。所以，煤直接液化的第一步就是破坏煤的大分子结构。由于直接液化原料煤的大分子结构中，连接基本结构单元的桥键强度较弱，当施加外作用力超过桥键的强度时，连接基本结构单元的桥键会发生断裂，分解为自由基碎片，由于这一过程一般是通过提高温度来实现，通常称之为热解。在热解过程中，煤是被加在循环溶剂中制成煤浆后来参与反应的，所以煤在热解的同时，也会发生溶解等物理反应。不同的工艺可能将氢气与溶剂一起使用，有的可能使用催化剂。这一步的工艺条件相差很大，温度在370～470℃，压力在15～30MPa变动。煤热解产生的自由基，易发生聚合反应。溶剂在该步骤中的作用相当重要，它以两种途径减少聚合反应。第一种途径是它在物理上将反应产生的自由基碎片在溶剂中分开。因此，这种溶剂对重质芳香物的溶解性能要好。第二个途径是释放氢给自由基，使其成为稳定分子。该途径适合溶剂中含有稠环芳香烃结构的分子。溶剂中部分加氢的芳香烃可以向反应性高的自由基碎片转移和提供氢，氢化溶剂中提供的氢的反应活性比气态氢要高许多。在高压催化体系中，一般认为气相氢是通过与溶剂反应再转移至煤的。加氢程度合适的溶剂中的氢反应活性很高，因此始终保证溶剂中含有活性氢非常重要。煤的热解过程虽然伴随着煤的溶解，但是煤的热解还是该阶段的主要反应。煤与溶剂加热到250℃附近时，煤中就有一些弱键发生断裂，可产生小分子产物。当加热温度超过250℃进入到煤液化温度范围时，发生多种形式的热解反应，煤中的不稳定的键开始断裂，如羰基键、羧基键、醚键、硫醚键、亚甲基键、低键能的氢碳键。煤在热解过程中，煤的溶解现象同时发生，这里所指的煤的溶解现象是不包括热解自由基碎片的溶解，是煤本身的物理溶解现象。煤的溶解现象可用煤的两相结构模型解释，大分子网络为固定相，镶嵌在其中的小分子则为流动相。煤加氢直接液化反应过程中的加氢裂化过程，包含两个含义，一个是热解产生的亚稳定自由基碎片通过加氢变成稳定分子，二是将裂化产生的大分子产物进一步加氢裂化成小分子。热解反应过程中产生的物质仍含有大分子。如果把可蒸馏液体作为最终产品，这些分子必须通过加氢裂化来降低分子尺寸。加氢裂化还有另外一个作用，即脱出不成比例的硫和氮。加氢裂化反应可以与煤的热解反应在同一反应器中进行，或者作为独立的操作步骤。在第一种情况下，可以使用价廉的可弃性铁系催化剂或载体金属催化剂。第二种情况通常使用载在氧化铝上的金属催化剂。煤的大分子中的弱键在加热到一定的温度后发生断裂，产生了以煤的结构单元为基础的小碎片，并在断裂处带有未配对的电子，这种带有未配对电子的分子碎片在化学上称为自由基，它的相对分子量范围为300～1000。借助于现代大型分析仪器一电子自旋共振仪可以测得煤热解产生的自由基浓度。自由基带的未配对电子具有很高的反应活性，它有与邻近的自由基上未配对电子结合成对(即组成共价键)的趋势，而氢原子是最小、最简单的自由基，如果煤热解后的自由基碎片能够从煤基质或溶剂中获得必要的氢原子，则可以使自由基达到稳定。从煤的基质中获得氢的过程实际上是进行了煤中氢的再分配，这种使自由基稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.重油进入煤加氢直接液化中间反应过程的油煤共炼方法，其特征在于包含以下步骤：①在煤加氢直接液化反应过程AR的初期反应过程AR1，含有供氢溶剂AR1‑DS、煤粉AR1‑SF的油煤浆AR1F进行至少一部分初期煤加氢液化反应AR1R转化为初期煤加氢液化反应产物AR1P；基于初期煤加氢液化反应产物AR1P的物料用作第一物流AR1PX；②在煤加氢直接液化反应过程AR的后期反应过程AR2，第一物流AR1PX与重油FD混合后进行至少一部分后期煤加氢液化反应AR2R转化为后期煤加氢液化反应产物AR2P；回收后期煤加氢液化反应产物AR2P，得到供氢溶剂前身烃MFB；③在加氢稳定反应过程MR，供氢溶剂前身烃MFB进行加氢稳定反应完成芳烃分子的部分芳环饱和反应MRR转化为加氢稳定反应产物MRP；回收加氢稳定反应产物MRP，得到供氢溶剂DS；至少一部分供氢溶剂DS进入煤加氢直接液化反应过程的初期反应过程AR1用作供氢溶剂AR1‑DS。

【技术特征摘要】
1.重油进入煤加氢直接液化中间反应过程的油煤共炼方法，其特征在于包含以下步骤：①在煤加氢直接液化反应过程AR的初期反应过程AR1，含有供氢溶剂AR1-DS、煤粉AR1-SF的油煤浆AR1F进行至少一部分初期煤加氢液化反应AR1R转化为初期煤加氢液化反应产物AR1P；基于初期煤加氢液化反应产物AR1P的物料用作第一物流AR1PX；②在煤加氢直接液化反应过程AR的后期反应过程AR2，第一物流AR1PX与重油FD混合后进行至少一部分后期煤加氢液化反应AR2R转化为后期煤加氢液化反应产物AR2P；回收后期煤加氢液化反应产物AR2P，得到供氢溶剂前身烃MFB；③在加氢稳定反应过程MR，供氢溶剂前身烃MFB进行加氢稳定反应完成芳烃分子的部分芳环饱和反应MRR转化为加氢稳定反应产物MRP；回收加氢稳定反应产物MRP，得到供氢溶剂DS；至少一部分供氢溶剂DS进入煤加氢直接液化反应过程的初期反应过程AR1用作供氢溶剂AR1-DS。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：重油FD，主要由常规沸点高于350℃的烃类组成。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：重油FD，主要由常规沸点高于530℃的烃类组成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：重油FD选自下列物料中的1种或几种：①中低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；②高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品物流；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；③煤加氢直接液化过程产物的分馏油或其热加工过程所得油品；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；④页岩油或其馏分油或其热加工过程所得油品；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；⑤乙烯裂解焦油或其热加工过程所得油品；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；⑥石油基重油热加工过程所得油品；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；⑦石油砂基重油或其热加工过程所得油品热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；⑧其它芳烃重量含量高于40％的烃油。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：②在煤加氢直接液化反应过程AR的后期反应过程AR2，至少一部分重油FD的温度低于第一物流AR1PX的操作温度，也低于后期反应过程AR2的起始反应温度，即至少一部分重油FD充当初期反应过程AR1产物AR1PX进入后期反应过程AR2的冷却剂。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：①在煤加氢直接液化反应过程AR的初期反应过程AR1，煤浆的停留时间T1，占煤加氢直接液化反应过程AR的总停留时间TA的20～60％。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：①在煤加氢直接液化反应过程AR的初期反应过程AR1，煤浆的停留时间T1，占煤加氢直接液化反应过程AR的总停留时间TA的30～40％。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：①在煤加氢直接液化反应过程AR的初期反应过程AR1，煤浆的氢耗DH1，占煤加氢直接液化反应过程AR的总氢耗DH的20～60％。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：①在煤加氢直接液化反应过程AR的初期反应过程AR1，煤浆的氢耗DH1，占煤加氢直接液化反应过程AR的总氢耗DH的30～50％。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：①在煤加氢直接液化反应过程AR的初期反应过程AR1，供氢溶剂AR1-DS的重量流率AR1-DS-W与煤粉AR1-SF的重量流率AR1-SF-W的比值为剂煤比K100＝(AR1-DS-W)/(AR1-SF-W)，K100为0.5～2.0。11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：何巨堂，
申请(专利权)人：何巨堂，
类型：发明
国别省市：河南,41