一种煤直接加氢液化富产芳烃的系统的制作方法

本实用新型涉及一种煤炭清洁利用
技术领域：
，具体而言，涉及一种煤直接加氢液化富产芳烃的系统。
背景技术：
：芳烃(btx)为大宗基础有机化工原料，广泛应用于橡胶、树脂、纺织、化纤和塑料等领域。特别是随着以px-精对苯二甲酸(pta)-聚酯(pet)-聚酯纤维(涤纶)、聚酯塑料(聚酯薄膜、聚酯包装瓶)为主的芳烃产业链快速发展，作为芳烃生产原料的石油资源，面临着越来越严重的短缺局面，已成为制约我国芳烃发展的主要瓶颈之一。目前我国芳烃年消费量超过2000万吨，2016年对二甲苯(px)对外依存度高达56％。工业上，芳烃97％以上来源依赖于石油原料，由乙烯裂解生产芳烃产品。与石油相比，原料煤大分子本身富含1～3环芳环结构，通过煤热解、气化和直接加氢液化等转化过程得到的煤基油，仍充分保留了其芳环分子结构，具有芳烃和环烷烃含量高的特点，含量约60-80％，远高于石油馏分中芳烃和环烷烃含量。开发以煤为原料生产芳烃技术，利用煤炭资源弥补石油资源不足来生产芳烃等基础化学品，既符合我国能源禀赋现状，又可实现煤炭洁净高效利用，成为石油化工的有益补充。现有技术中，直接用油煤浆与氢气在反应器中进行相应的反应制备芳烃，此种方法中仅仅将氢气与油煤浆进行混合，使得氢气分子无法与油煤浆进行充分混合，从而导致反应效率降低，使得芳烃制备效率降低。技术实现要素：鉴于此，本实用新型提出了一种煤直接加氢液化富产芳烃的系统，旨在解决现有技术中由于氢气无法与油煤浆充分混合导致芳烃制备效率降低的问题。一个方面，本实用新型提出了一种煤直接加氢液化富产芳烃的系统，包括：进料单元，用以制备油煤浆，并对油煤浆和氢气进行输送；第一微界面发生器，其与进料单元连接用以接收进料单元输送的氢气，并将所述氢气破碎成微米级气泡；液化反应单元，其分别与所述进料单元和第一微界面发生器连接，用于将所述油煤浆和氢气进行液化反应，得到第一气相物料、轻相油品、馏出油和含固油渣；第二微界面发生器，其与液化反应单元连接，用以接收液化反应单元生成的轻相油品和馏出油以及进料单元输送的氢气，并将所述氢气破碎成微米级气泡；提质单元，其与所述第二微界面发生器连接，用于轻相油品和馏出油与氢气进行加氢提质，得到第二气相物料、轻质油馏分、柴油馏分和重质油；第三微界面发生器，其与提质单元连接，用以接收提质单元生成的轻质油馏分和进料单元输送的氢气，并将所述氢气破碎成微米级气泡；催化重整单元，其与所述第三微界面发生器连接，将所述的轻质油馏分与氢气混合，催化重整，气液分离，得到第三气相物料、轻质芳烃产品和抽余油。进一步地，上述煤直接加氢液化富产芳烃的系统中，所述微界面发生器通过将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给氢气气泡，使氢气破碎成微米级气泡。进一步地，上述煤直接加氢液化富产芳烃的系统中，所述第一微界面发生器选自气动式微界面发生器、液动式微界面发生器以及气液联动式微界面发生器中的一种或几种。进一步地，上述煤直接加氢液化富产芳烃的系统中，所述第二微界面发生器选自气动式微界面发生器、液动式微界面发生器以及气液联动式微界面发生器中的一种或几种。进一步地，上述煤直接加氢液化富产芳烃的系统中，所述第三微界面发生器选自气动式微界面发生器、液动式微界面发生器以及气液联动式微界面发生器中的一种或几种。进一步地，上述煤直接加氢液化富产芳烃的系统中，所述微米级气泡为直径大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡。进一步地，上述煤直接加氢液化富产芳烃的系统中，所述进料单元包括：油煤浆制备单元，用以制备油煤浆；气体进料管道，用以运输氢气；第一加热炉，用以对油煤浆进行预热；高压煤浆泵，其与所述油煤浆制备单元、第一加热炉相连，用以将油煤浆运输至第一加热炉内部。进一步地，上述煤直接加氢液化富产芳烃的系统中，所述气体进料管道分别与液化反应单元、提质单元和催化重整单元连接。本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的煤直接加氢液化富产芳烃的系统，通过分别在所述液化反应单元连接第一微界面发生器，所述液化反应单元与所述提质单元之间设置第二微界面发生器，所述提质单元与所述催化重整单元之间设置第三微界面发生器，在所述加氢液化反应、加氢提质和加氢催化重整之前将所述氢气在相应微界面发生器中破碎成直径为大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡，以增大反应过程中所述氢气与油煤浆和相对应的反应物之间的相界传质面积，提高反应相之间的传质效率，进而解决现有技术中由于氢气无法与油煤浆充分混合导致芳烃制备效率降低的问题。尤其，所进料单元中设有高压煤浆泵，在所述系统运行时，高压煤浆泵能够为油煤浆的运输提供动力，使油煤浆能够以指定的速率输送至指定装置，提高了所述系统的运行效率。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本实用新型实施例提供的一种煤直接加氢液化富产芳烃的系统的结构示意图。具体实施方式为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。参阅图1所示，为本实用新型实施例提供的煤直接加氢液化富产芳烃的系统，其包括：进料单元、第一微界面发生器21、液化反应单元、第二微界面发生器22、提质单元、第三微界面发生器23、催化重整单元：其中，进料单元，其与液化反应单元连接，用以制备油煤浆，并对油煤浆和氢气进行输送；第一微界面发生器21，分别与进料单元相连和液化反应单元相连，用于接收氢气并将氢气破碎至微米尺度，形成直径大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡，完成破碎后将氢气输送至液化反应单元与油煤浆混合进行液化反应；液化反应单元，用以将油煤浆和氢气进行液化反应，并将液化反应产物进行气液分离得到第一气相物料、轻相油品、馏出油和含固油渣；第二微界面发生器22，一端与液化反应单元和进料单元连接，另一端与加氢提质反应单元连接，用以接收轻相油品、馏出油和氢气并将氢气破碎至微米尺度，形成直径大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡，完成破碎后将轻相油品、馏出油和氢气输送至提质单元；提质单元，用于轻相油品和馏出油与氢气进行加氢提质，将加氢提质产物进行气液分离得到第二气相物料、轻质油馏分、柴油馏分和重质油；第三微界面发生器23，一端与提质单元和进料单元连接，另一端与催化重整单元连接，用以接收轻质油馏分和氢气并将氢气破碎至微米尺度，形成直径大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡，完成破碎后轻质油馏分和氢气输送至催化重整单元；催化重整单元，用以将所述的轻质油馏分与氢气混合，催化重整，气液分离，得到第三气相物料、轻质芳烃产品和抽余油。优选的，微界面发生器通过将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给氢气气泡，使氢气破碎成微米级气泡，根据能量输入方式或气液比分为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器和气液联动式微界面发生器，其中气动式微界面发生器采用气体驱动，输入气量远大于液体量；液动式微界面发生器采用液体驱动，输入气量一般小于液体量；气液联动式微界面发生器采用气液同时驱动，输入气量接近于液体量。所述微界面发生器可以为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器和气液联动式微界面发生器中的一种或几种。继续参阅图1所示，所述进料单元包括：煤浆制备单元、气体进料管道14、高压煤浆泵12、第一加热炉13：其中所述气体进料管道14一端外接氢气源另一端分别与第一微界面发生器21、液化反应单元、提质单元和催化重整单元连接，用已将氢气输送至第一微界面发生器21、第二微界面发生器22、第三微界面发生器23、液化反应单元、提质单元和催化重整单元连接；所述油煤浆制备单元，用以制备油煤浆；所述高压煤浆泵12，一端与所述油煤浆制备单元相连、另一端与第一加热炉13相连，用以将油煤浆运输至第一加热炉13内部；所述第一加热炉13，其与液化反应单元相连，用以对油煤浆进行预热并输送至液化反应单元。优选的，煤浆制备单元由煤浆制备罐、煤浆计量罐、搅拌装置及煤浆循环泵等组成，根据不同的煤种、液化反应条件、蒸馏工艺条件，当循环溶剂不足够配制煤浆时，煤浆制备单元具有外加溶剂油入口；当循环溶剂足够配制煤浆时，煤浆制备单元不具有外加溶剂油入口。系统启动时在气体进料管道14中新鲜氢气与循环氢气混合，得到混合氢气；原料煤经过预处理干燥破碎成煤粉，和外加溶剂催化剂及助催化剂循环溶剂按一定比例加入到煤浆制备单元中，在煤浆制备单元中搅拌混合成黏度低于500cp(60℃)的油煤浆。来自煤浆制备单元的油煤浆经高压煤浆泵12增压后进入第一加热炉13进行预热，预热后的油煤浆进入第一微界面发生器21，同时，气体进料管道14将氢气输送至第一微界面发生器21。继续参阅图1所示，所述液化反应单元包括液化反应器31、第一气液分离器32、第二加热炉33、常压精馏塔34、第三加热炉35、减压精馏塔36、液相油进料泵、第四加热炉38。其中，液化反应器31内部设置有第一微界面发生器21，入口与第一加热炉13连接，出口连接至第一气液分离器32的入口，第一分气液离器32出口与第二加热炉33连接。常压精馏塔34入口与第二加热炉33连接，出口分别与第三加热炉35和液化粗油进料泵37连接。第四加热炉38入口与液化粗油进料泵37连接，出口与第二微界面发生器22连接。优选的，液化反应器31数量为1-3个，连接形式为串联，反应器形式可以是没有内构件的鼓泡床反应器，也可以是带有导流筒的环流反应器，也可以是带循环泵的强制循环反应器。第一微界面发生器21将氢气破碎至微米尺度，完成破碎后将氢气输送至液化反应器31中与第一加热炉13输送进来的煤油浆进行液化反应，从液化反应器31流出的反应产物送入第一气液分离器32进行气液分离，第一气液分离器32分离出来的第一气相物料一部分与新鲜氢气混合后循环使用，另一部分作为废气6被排出系统。第一气液分离器32分离出的第一液相物料混合后经过第二加热炉33加热后进入常压精馏塔34，分离出轻质馏分，常压精馏塔34底部的重质馏分经过第三加热炉35加热到一定温度后进入减压精馏塔36进行固体7的脱除，减压精馏塔36塔底物料即为含固油渣，为了保证含固油渣能在一定温度下顺利排出，一般控制含固油渣中的固体含量为40-55wt％。从常压精馏塔34和减压精馏塔36出来的馏分油经液化粗油进料泵37进入第四加热炉38加热后进入第二微界面发生器22，同时气体进料管道14将氢气输送至第二微界面发生器22。所述提质单元包括加氢提质反应器41、第二气液分离器42、分馏塔43、柴油馏分进料泵44、石脑油馏分进料泵45、第五加热炉46、加氢裂化反应器47、第三气液分离器48。其中，加氢提质反应器41入口与第二微界面发生器22连接，出口连接至第二气液分离器42入口，第二气液分离器42出口端分别与气体进料管道14和分馏塔43入口端连接。分馏塔43入口端还与第三气液分离器48的出口端连接，出口分别与石脑油馏分进料泵45的入口端和柴油馏分进料泵44的入口端连接。柴油馏分进料泵44出口端与加氢裂化反应器47的入口端连接，加氢裂化反应器47的入口端还与气体进料管道14连接。加氢裂化反应器47的出口端与第三气液分离器48连接入口端，第三气液分离器48出口端连接至气体进料管道14。第五加热炉46入口端与石脑油馏分进料泵45连接，出口端连接至第三微界面发生器23。优选的，加氢提质反应器41数量为1-2，连接方式为串联，反应器形式为固定床反应器或沸腾床反应器。加氢裂化反应器47数量为1-3，连接方式为串联，反应器形式为固定床反应器或沸腾床反应器或悬浮床反应器。第二微界面发生器22将氢气破碎至微米尺度，完成破碎后将轻相油品、馏出油和氢气输送至加氢提质反应器41中进行以芳烃饱和、脱硫、脱氮及其它杂原子为目的的加氢精制反应；加氢提质反应器41出口物料进入第三气液分离器48进行气液分离，第三气液分离器48生成的第二气相物料一部分与氢气混合后循环使用，另一部分作为废气6排出系统；第三气液分离器48生成的第二液相物料进入分馏塔43，分馏出高芳烃潜含量石脑油和柴油馏分，分馏塔43底部重质油作为循环溶剂去煤浆制备单元配制煤浆。柴油馏分经过柴油馏分进料泵44和氢气混合后进入加氢裂化反应器47中进行催化加氢裂化反应，加氢裂化反应器47产物油进入第三气液分离器48中进行气液分离，第三气液分离器48第四气相物料送入气体进料管道14，第三气液分离器48生成的第四液相物料进入分馏塔43中进行二次蒸馏分离，分馏塔43底重质馏分进入裂化反应器进一步加氢裂化。高芳烃潜含量石脑油可以作为产品，也可以作为催化重整原料油经过石脑油馏分进料泵45后，经过第五加热炉46预热后进入第三微界面发生器23，同时气体进料管道14将氢气输送至第一微界面发生器23。所述催化重整单元包括催化重整反应器51、第四气液分离器52、芳烃抽提塔53。催化重整反应器51入口与第三微界面发生器23连接，出口连接至第四气液分离器52入口处。第四气液分离器52出口连接至芳烃抽提塔53。优选的，催化重整反应器51为固定床反应器。第三微界面发生器23将氢气破碎至微米尺度，完成破碎后将高芳烃潜含量石脑油和氢气输送至催化重整反应器51进行芳烃异构化反应，催化重整反应产物进入第四气液分离器52进行气液分离，第四气液分离器52分离出的富氢气体进入循环氢系统，第四气液分离器52分离得到的第三液相物料进入芳烃抽提塔53，经过溶剂抽提，最后得到轻质芳烃产品和抽余油副产品。下面结合图1进一步说明本实用新型所述系统的具体方法与效果。一种煤直接加氢液化富产芳烃的方法，包括：将原料煤制备成油煤浆并进行预热，预热完成后输送至加氢液化单元，与此同时，将氢气输送至相应的微界面发生器内部；所述微界面发生器将氢气打碎至微米尺度的微米级气泡，打碎完成后，所述微界面发生器会将微米级气泡输送至液化反应单元，使得微米级气泡与油煤浆进行混合形成气液乳化物，混合完成后进行液化反应；液化反应：将所述气液乳化物进行深度液化反应和气液分离，得到第一气相物料和第一液相物料，将所述的第一液相物料加热后常压蒸馏，得到轻相油品和重相油品，将所述的重相油品进行减压蒸馏，得到馏出油和含固油渣；将所述的轻相油品、馏出油加热后输送至相应的微界面发生器内部,同时，将氢气输送至微界面发生器内部，所述微界面发生器会控制其接收轻相油品、馏出油和氢气之间的比例，并对氢气打碎至微米尺度的微米级气泡，打碎完成后，所述微界面发生器会将微米级气泡与轻相油品和馏出油进行混合形成气液乳化物，混合完成后，将形成的气液乳化物输送至提质单元；加氢提质：将所述气液乳化物进行加氢提质和气液分离，得到第二气相物料和第二液相物料；其中第二液相物料包括轻质油馏分、柴油馏分和重质油；将所述的轻质油馏分加热后输送至相应的微界面发生器内部，同时，将氢气输送至微界面发生器内部，所述微界面发生器会控制其接收轻质油馏分和氢气之间的比例，并对氢气打碎至微米尺度的微米级气泡，打碎完成后，所述微界面发生器会将微米级气泡与轻质油馏分进行混合形成气液乳化物，混合完成后，将形成的气液乳化物输送至催化重整单元；催化重整：将所述的气液乳化物催化重整和气液分离，得到第三气相物料和第三液相物料；将所述的第三液相物料经过溶剂抽提，得到轻质芳烃产品和抽余油。优选的，加氢液化反应的温度为400-460℃，反应压力为5-15mpa，气液比为600-1200，油煤浆空速：0.5-4.0h-1。优选的，加氢提质的反应温度为300-380℃，反应压力为2-15mpa，气液比为500-1200，空速为0.5-3.5h-1。优选的，催化重整反应压力为0.2-1mpa，反应温度为450-530℃，液体体积空速为1-3.0h-1，气液比为600-1200，气液分离条件温度为20-40℃，压力为1.0-1.8mpa。具体而言，柴油馏分加氢裂化，得到第四气相物料和第四液相物料；所述的第四液相物料进行加氢提质进行蒸馏分离。为了进一步验证本实用新型所提供的加工方法，结合实施例和以系统中不设有微界面发生器为对比例进行对比进一步说明本实用新型的有益效果。同时，本实施例中不具体限定催化剂的种类，其可以为铁系催化剂、钼系催化剂、镍系催化剂、铝系催化剂、硅系催化剂、钴系催化剂以及钨系催化剂中的一种或几种组合，只要能够确保强化反应顺利进行即可。表1示出了实施例1-3以及对比例1-3主要参数，表2示出了实施例1-3及对比例1-3的液化试验结果及石脑油性质数据，表3实施例1-3及对比例1-3催化重整后产物的分析结果。表1表2案例实施例1对比例1实施例2对比例2实施例3对比例3煤转化率（wt%,daf煤）94.7893.5696.6594.2398.2395.64石脑油收率35.5624.6838.2327.5342.6828.56密度（20℃），kg/m³779.35765.23787.32775.25798.36767.25粘度（20℃），mm2/s0.790.821.120.810.780.87s,mg/kg1.240.680.450.711.320.89n,mg/kg0.560.130.33.0190.460.56芳烃潜含量，x.5966.3281.3273.6583.5663.56ibp/5e/8869/8672/8975/8674/9665/8610%/30�/10896/10996/11595/10999/10893/10650%/704/130115/132114/130115/130115/137110/12890%/957/156137/157135/150140/152136/150136/145fbp152152157154156152表3实施例1对比例1实施例2对比例2实施例3对比例3液体收率（c5 ）/�.5286.5498.6488.5398.4386.75芳烃/wt�.3278.6295.5685.3297.5680.32芳烃转化率/6.54102.35120.32110.32125.23115.36苯/wt.116.8915.3510.5617.3211.68甲苯/wt .6413.5624.1215.2327.5516.23二甲苯/wt .5619.6522.5620.3524.1420.36>c9芳烃/wt2.7041.7836.3544.2338.2642.98由表2中的数据可以看出，本实用新型提供的煤直接液化富产芳烃的系统与系统中不设有微界面发生器工艺相比，在同样的反应条件下，煤转化率高，得到的石脑油收率高，芳烃潜含量高，是优良的催化重整原料油，达到了富产芳烃的目的。由表3中的数据可以看出，由本实用新型得到的高芳烃潜含量石脑油进行催化重整后的产物，与石油石脑油催化重整后的结果相比，在同等反应条件下，液体收率高，芳烃含量高，芳烃转化率高，液体产物中轻质芳烃(btx)含量提高了5-20％，因而具有显著的经济效益。鉴于此，本实用新型提出了一种煤直接加氢液化富产芳烃的系统，解决了现有技术中由于氢气无法与油煤浆充分反应导致芳烃制备效率降低的问题。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页12