煤油节能共炼方法及装置与流程

1.本发明涉及煤与重质油共处理方法及装置技术领域，是一种煤油节能共炼方法及装置。


背景技术：

2.煤油共炼是为了实现油和煤的协调效应，要实现协调相应该重点解决两个问题，一是煤和油的溶解性问题，使油和煤成为有机整体，相互融通。二是解决催化剂共同催化问题，目前重质油裂解多采用高活性贵金属催化剂，煤液化多采用铁基催化剂，高活性贵金属催化剂对煤的催化剂并不理想，然而催化油浆与煤共炼效果很好，因此降低重质油渣的催化剂（即高活性贵金属催化剂）活性，让煤和油成为一体，才能实现煤油共炼的目的。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种煤油节能共炼方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有煤油共炼技术存在煤油共炼过程中煤油互溶性差；煤、油催化剂活性差别大，无法实现催化互补；各个单元连续互补性差，热能不能得到充分利用的问题。
4.本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种煤油节能共炼方法，按下述方法进行：铁系催化剂与煤粉混合后进入干馏单元干馏，干馏温度为500℃至600℃，经过干馏后的煤粉的挥发分和焦油馏出，使煤粉变成具有多孔结构的高温煤粉，将高活性金属催化剂与重质油混合得到含有高活性金属催化剂的重质油，高温煤粉与含有高活性金属催化剂的重质油接触，高温煤粉作为重质油裂解的催化剂载体，高活性金属催化剂负载在高温煤粉的表面和内部，在重油热解单元，重质油在高温煤粉表面和内部的高活性金属催化剂的作用下发生裂解反应，重质油的轻组分馏出，重质油的重组分与煤粉完全融合成为油煤浆；氢气气泡雾滴与油煤浆混合后进入悬浮床加氢单元，在悬浮床加氢单元内，油煤浆在高氢分压环境下与铁系催化剂的作用下进行加氢共炼，加氢共炼的产物分离后得到气相组分、液相组分和残渣，液相组分通过二次加氢单元加氢，二次加氢产物分离得到二次加氢轻组分和二次加氢重组分，二次加氢重组分为馏分温度为270℃至450℃的循环溶剂；馏分温度为270℃至450℃的循环溶剂与高温合成气换热升温后，与氢气雾化混合后形成氢气气泡雾滴，氢气气泡雾滴与油煤浆混合后进入悬浮床加氢单元，在悬浮床加氢单元内，油煤浆在高氢分压环境下与铁系催化剂的作用下进行加氢共炼；经循环溶剂一次降温后的高温合成气在重油热解单元为油热解反应器提供松动动力源和反应热源，同时在干馏单元为干馏塔提供热源，煤粉干馏后产生的荒煤气以及经干馏单元、重油热解单元二次降温的高温合成气又作为干馏单元轻组分和重油热解单元轻组分的分馏装置热源。
5.下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述与干馏单元和重油热解单元对应的分馏装置分馏得到的合成气或干气送入制氢单元制氢，制氢单元制得的氢气分为两路，一路与循环溶剂雾化混合后形成氢气气泡雾滴，一路送入二次加氢单元加氢。
6.上述加氢共炼产物分离得到的残渣、煤浆与氧气经气化单元气化后生成高温合成气。
7.本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种实施技术方案之一所述煤油节能共炼方法的装置，包括气化单元、干馏单元、重油热解单元、悬浮床加氢单元、二次加氢单元、分馏单元和预热器，气化单元采用气化炉，干馏单元包采用干馏反应器，重油热解单元采用重油热解反应器，悬浮床加氢单元采用悬浮床加氢反应器，二次加氢单元采用悬浮床加氢反应器或固定床加氢反应器，分馏单元包括常压分馏塔、第一分馏塔和第二分馏塔；气化炉的高温合成气出口与预热器的一次侧进口连通，预热器的一次侧出口分别与干馏反应器、重油热解反应器的下部进合成气端连通，干馏反应器上部设置有进煤粉端，干馏反应器底部出高温煤粉端与重油热解反应器的进高温煤粉端通过连通管连通，常压分馏塔上部设置有进含有高活性金属催化剂的重质油的进油端，干馏反应器顶部与常压分馏塔中部连通，常压分馏塔底部与重油热解反应器的下部连通，重油热解反应器顶部与第一分馏塔下部连通，第一分馏塔底部与悬浮床加氢单元底部通过油煤浆管线连通，悬浮床加氢单元与二次加氢单元之间连通有分离装置，二次加氢单元顶部与第二分馏塔上部连通，第二分馏塔底部与预热器二次侧进口通过循环溶剂管线连通，预热器二次侧出口与油煤浆管线通过雾化管线连通。
8.下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：上述干馏反应器包括筒体和换热体，在筒体顶部固定有驱动机构，换热体包括上管板和下管板，上管板和下管板上下间隔密封套装在筒体内，在上管板上方的筒体处设置有进煤粉端，在上管板和下管板之间固定连通有干馏管，在上管板和下管板的中心处均设置有主轴孔，在上管板和下管板的主轴孔通过滑动键安装有主轴，驱动机构的动力输出端与主轴顶部连接，在上管板底部和下管板底部的筒体内壁处均沿圆周间隔固定有凸台，在上管板和下管板的底部均沿圆周间隔固定有能在凸台上滑动的支撑滑块；与下管板对应的筒体处设置有进合成气端，上管板和下管板之间的壳程上部与常压分馏塔下部连通，上管板上方的管程与常压分馏塔下部连通。
9.上述与筒体壳程对应的筒体内设置有螺旋挡板；在筒体的进煤粉端上方的筒体内设置有布料挡板；在下管板下方的筒体内固定有支撑轴承，主轴底部安装在支撑轴承内。
10.上述凸台呈左宽右窄的三角状，凸台的后侧面固定在筒体内壁上，支撑滑块呈上窄下宽的梯形状。
11.上述筒体的进合成气端与预热器的一次侧出口通过第一合成气管连通，重油热解反应器的下部设置有至少一个进合成气端，重油热解反应器的进合成气端通过第二合成气管与第一合成气管连通，连通管左右间隔设置有两个以上进合成气端，连通管的进合成气端与第二合成气管连通。
12.上述重油热解反应器下部上下间隔设置有两个以上与常压塔底部连通的物料进料喉管。
13.上述雾化管线上设置有喷射雾化器，喷射雾化器包括雾化喷射腔体、氢气喷射头
和微孔混合器，氢气喷射头自左而右伸入雾化喷射腔体内，雾化喷射腔体的出口与微孔混合器的进口连通，第一分馏塔底部与微孔混合器通过油煤浆管线连通。
14.上述分离装置。分离装置包括热高压分离器、冷高压分离器、低压分离器和减压分离器，悬浮床加氢单元顶部与热高压分离器的中部连通，热高压分离器顶部轻组分出口与冷高压分离器中部连通，冷高压分离器底部与低压分离器中部连通，热高压分离器底部重组分出口与减压分离器中部连通，减压分离器的轻组分出口、低压分离器的重组分出口均与二次加氢单元底部连通，减压分离器的重组分出口与气化炉连通。
15.上述还包括制氢单元，制氢单元采用制氢变压吸附装置，制氢单元的出氢气端分别与喷射雾化器、二次加氢单元和冷高压分离器的进氢气端连通。
16.通过本发明所述煤油节能共炼方法及装置，高温煤粉既作为后续加氢的原料，又作为重质油裂解的高活性金属催化剂载体，使重质油与高活性金属催化剂充分接触反应，重质油在重油热解单元经过裂解后，重质油的重组分与煤粉完全融合成为油煤浆，彻底解决了煤油互溶性差的问题，煤与油融合形成油煤浆，且高活性金属催化剂的活性大幅降低，使后续分离得到的油煤浆在悬浮床加氢反应器内，在高氢分压环境下与铁系催化剂的内外催化配合下，有益于煤催化液化，实现加氢共炼目的另外，使热能得到梯级充分利用。
附图说明
17.附图1为本发明实施例4的总流程示意图。
18.附图2为干馏单元和重油热解单元的流程示意图。
19.附图3为喷射雾化器的放大结构示意图。
20.附图4为干馏单元上管板的俯视放大结构示意图。
21.附图5为凸台的主视放大结构示意图。
22.附图6为凸台的俯视放大结构示意图。
23.附图7为支撑滑块的主视放大结构示意图。
24.附图8为支撑滑块的俯视放大结构示意图。
25.附图9为物料进料喉管的主视放大结构示意图。
26.附图10为凸台的安装在筒体上的俯视放大结构示意图。
27.附图中的编码分别为：1为干馏反应器，2为重油热解反应器，3为悬浮床加氢反应器，4为二次加氢单元，5为预热器，6为常压分馏塔，7为第一分馏塔，8为第二分馏塔，9为连通管，10为油煤浆管线，11为循环溶剂管线，12为雾化管线，13为汽提塔，14为筒体，15为驱动机构，16为上管板，17为下管板，18为干馏管，19为主轴孔，20为滑动键，21为主轴，22为凸台，23为支撑滑块，24为螺旋挡板，25为布料挡板，26为支撑轴承，27为第一合成气管，28为第二合成气管，29为物料进料喉管，30为喷射雾化器，31为雾化喷射腔体，32为氢气喷射头，33为微孔混合器，34为热高压分离器，35为冷高压分离器，36为低压分离器，37为减压分离器，38为制氢单元，39为催化剂配置罐，40为磨煤干燥机，41为微正压料仓，42为给煤机，43为新氢压缩机，44为循环氢压缩机，45为煤浆制备罐，46为气化炉。
具体实施方式
28.本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体
的实施方式。
29.在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
30.本发明所述高活性金属催化剂为重质油的催化剂，可采用高活性贵金属催化剂。所述反应器、设备、装置等如无特别说明，均为本领域现有公用的反应器、设备、装置。
31.下面结合实施例对本发明作进一步描述：实施例1：如附图1所示，该煤油节能共炼方法，按下述方法进行：铁系催化剂与煤粉混合后，铁系催化剂负载在煤粉的表面，进入干馏单元干馏，干馏温度为500℃至600℃，经过干馏后的煤粉的挥发分和焦油馏出，使煤粉变成具有多孔结构的高温煤粉，将高活性金属催化剂与重质油混合得到含有高活性金属催化剂的重质油，高温煤粉与含有高活性金属催化剂的重质油接触，高温煤粉作为重质油裂解的催化剂载体，高活性金属催化剂负载在高温煤粉的表面和内部，在重油热解单元，重质油在高温煤粉表面和内部的高活性金属催化剂的作用下发生裂解反应，重质油的轻组分馏出，重质油的重组分与煤粉完全融合成为油煤浆；氢气气泡雾滴与油煤浆混合后进入悬浮床加氢单元，在悬浮床加氢单元内，油煤浆在高氢分压环境下与铁系催化剂的作用下进行加氢共炼，加氢共炼的产物分离后得到气相组分、液相组分和残渣，气相组分进入干气系统，液相组分通过二次加氢单元4（固定床加氢反应器或悬浮床加氢反应器3）加氢，去除杂原子同时使液体加氢饱和，二次加氢产物分离得到二次加氢轻组分和二次加氢重组分，二次加氢重组分为馏分温度为270℃至450℃的循环溶剂；馏分温度为270℃至450℃的循环溶剂与高温合成气换热升温后，与氢气雾化混合后形成氢气气泡雾滴，氢气气泡雾滴与油煤浆混合后进入悬浮床加氢单元，在悬浮床加氢单元内，油煤浆在高氢分压环境下与铁系催化剂的作用下进行加氢共炼；经循环溶剂一次降温后的高温合成气在重油热解单元为油热解反应器提供松动动力源和反应热源，同时在干馏单元为干馏塔提供热源，煤粉干馏后产生的荒煤气以及经干馏单元、重油热解单元二次降温的高温合成气又作为干馏单元轻组分和重油热解单元轻组分的分馏装置热源。
32.本领域公知，煤属于碳含量高氢含量少的原料，重油属于碳含量低氢含量高的原料，并且重油中含有容易使高活性金属催化剂中毒的镍、钒重金属。
33.通过本发明所述煤油节能共炼方法，高温煤粉既作为后续加氢的原料，又作为重质油裂解的高活性金属催化剂载体，使重质油与高活性金属催化剂充分接触反应，重质油在重油热解单元经过裂解后，重质油的重组分与煤粉完全融合成为油煤浆，彻底解决了煤油互溶性差的问题，煤与油融合形成油煤浆，且高活性金属催化剂的活性大幅降低，使后续分离得到的油煤浆在悬浮床加氢反应器3（悬浮床加氢单元）内，在高氢分压环境下与铁系催化剂的内外催化（催化互补）配合下，有益于煤催化液化，实现加氢共炼目的。
34.高温合成气为所述装置的总热源，为各个单元提供热量，同时合成气得到冷却，使得热能得到梯级充分利用。
35.高活性金属催化剂与重质油可通过催化剂配置罐39混合，催化剂配置罐39配好的
重油经进油端送入常压分馏塔6。
36.实施例2：作为上述实施例的优化，与干馏单元和重油热解单元对应的分馏装置分馏得到的合成气或干气送入制氢单元38制氢，也可送入下游工序，制氢单元38制得的氢气分为两路，一路与循环溶剂雾化混合后形成氢气气泡雾滴，一路送入二次加氢单元4加氢。
37.所述分馏装置是指后续的常压分馏塔6和第一分馏塔7。
38.实施例3：作为上述实施例的优化，加氢共炼产物分离得到的残渣、煤浆与氧气经气化单元气化后生成高温合成气。
39.实施例3所述煤浆是指将原料煤直接采用磨煤干燥机40处理后，再采用煤浆制备罐45制成的煤浆。
40.实施例4：如附图1至3所示，实施上述实施例所述煤油节能共炼方法的装置，包括气化单元、干馏单元、重油热解单元、悬浮床加氢单元、二次加氢单元4、分馏单元和预热器5，气化单元采用气化炉46，干馏单元包采用干馏反应器1，重油热解单元采用重油热解反应器2，悬浮床加氢单元采用悬浮床加氢反应器3，二次加氢单元4采用悬浮床加氢反应器3或固定床加氢反应器，分馏单元包括常压分馏塔6、第一分馏塔7和第二分馏塔8；气化炉46的高温合成气出口与预热器5的一次侧进口连通，预热器5的一次侧出口分别与干馏反应器1、重油热解反应器2的下部进合成气端连通，干馏反应器1上部设置有进煤粉端，干馏反应器1底部出高温煤粉端与重油热解反应器2的进高温煤粉端通过连通管9连通，常压分馏塔6上部设置有进含有高活性金属催化剂的重质油的进油端，干馏反应器1顶部与常压分馏塔6中部连通，常压分馏塔6底部与重油热解反应器2的下部连通，重油热解反应器2顶部与第一分馏塔7下部连通，第一分馏塔7底部与悬浮床加氢单元底部通过油煤浆管线10连通，悬浮床加氢单元与二次加氢单元4之间连通有分离装置，二次加氢单元4顶部与第二分馏塔8上部连通，第二分馏塔8底部与预热器5二次侧进口通过循环溶剂管线11连通，预热器5二次侧出口与油煤浆管线10通过雾化管线12连通。
41.经常压分馏塔6、第一分馏塔7分馏出的轻组分可通过汽提塔13汽提分离出石脑油、柴油以及含有合成气的气体组分。
42.分馏单元的常压分馏塔6可以采取塔盘或填料等各种形式，其利用干馏气和与干馏管18束换热后的合成气为加热热源，在塔内气液接触的过程中，气相携带的煤粉得到洗的，重油中的轻组分实现分馏。
43.下面是对装置的进一步优化或/和改进：如附图2、4所示，干馏反应器1包括筒体14和换热体，在筒体14顶部固定有驱动机构15，换热体包括上管板16和下管板17，上管板16和下管板17上下间隔密封套装在筒体14内，在上管板16上方的筒体14处设置有进煤粉端，在上管板16和下管板17之间固定连通有干馏管18，在上管板16和下管板17的中心处均设置有主轴孔19，在上管板16和下管板17的主轴孔19通过滑动键20安装有主轴21，驱动机构15的动力输出端与主轴21顶部连接，在上管板16底部和下管板17底部的筒体14内壁处均沿圆周间隔固定有凸台22，在上管板16和下管板17的底部均沿圆周间隔固定有能在凸台22上滑动的支撑滑块23；与下管板17对应的筒体14处设置有进合成气端，上管板16和下管板17之间的壳程上部与常压分馏塔6下部连通，上管板16上方的管程与常压分馏塔6下部连通。
44.如附图5至6、10所示，凸台22呈左宽右窄的三角状，如附图5、10所示，凸台22的后
侧面固定在筒体14内壁上。如附图7至8所示，支撑滑块23呈上窄下宽的梯形状。
45.驱动机构15可采用现有公知公用的电机驱动机构。通过驱动机构15驱动主轴21旋转，主轴21在滑动键20带动换热体转动，在换热体转动过程中，支撑滑块23相对凸台22运动，当支撑滑块23行至凸台22处时，支撑滑块23下端面沿着凸台22的上倾斜面向上滑动，煤粉作为为滑动润滑剂，使得整个换热体相对筒体14上升，当支撑滑块23通过凸台22后，整个换热体相对筒体14下落，使换热体在低速转动过程中呈现起伏跳动，由此避免煤粉在干馏管18管束中结焦，同时有利干馏气上升。
46.上管板16和下管板17可采取梳齿密封形式密封套装在筒体14内，细小的泄露粉尘和干馏气体一起进入常压分馏塔6得到洗涤回收。
47.可在筒体14上部设置射线液位计，检测料位变化。
48.筒体14可以是垂直或倾斜等形式，倾斜角可在15度至90重质油之间。
49.如附图2所示，与筒体14壳程对应的筒体14内设置有螺旋挡板24；在筒体14的进煤粉端上方的筒体14内设置有布料挡板25；在下管板17下方的筒体14内固定有支撑轴承26，主轴21底部安装在支撑轴承26内。
50.如附图2所示，筒体14的进合成气端与预热器5的一次侧出口通过第一合成气管27连通，重油热解反应器2的下部设置有至少一个进合成气端，重油热解反应器2的进合成气端通过第二合成气管28与第一合成气管27连通，连通管9左右间隔设置有两个以上进合成气端，连通管9的进合成气端与第二合成气管28连通。
51.如附图2、9所示，在重油热解反应器2下部上下间隔设置有两个以上与常压塔底部连通的物料进料喉管29。
52.物料进料喉管29内侧的喇叭口处形成涡流和低压混合区，为重质油与高温煤粉的充分接触提供了保障。
53.高温煤粉在压力和松动热合成气推动下进入重油热解反应器2，形成上升流，在喉管蜗壳（物料进料喉管29内侧的喇叭口）处，在高速喷射流形成负压区共同作用下形成漩流，在高活性金属催化剂作用下，高温煤粉与高速喷射重油接触，煤粉表面和煤粉内部发生重油热解反应，轻组分随着气相馏出，重组分连同活性大幅降低的高活性金属催化剂侵入煤粉内部和表面，形成新的融合体。
54.如附图1、3所示，在雾化管线12上设置有喷射雾化器30，喷射雾化器30包括雾化喷射腔体31、氢气喷射头32和微孔混合器33，氢气喷射头32自左而右伸入雾化喷射腔体31内，雾化喷射腔体31的出口与微孔混合器33的进口连通，第一分馏塔7底部与微孔混合器33通过油煤浆管线10连通。
55.循环溶剂在预热器5内与高温合成气换热后进入雾化喷射腔体31，高压氢气通过氢气喷射头32形成高速气流，在雾化喷射腔体31内形成低压区，由于循环溶剂有一定的粘度，在氢气流的冲激下，形成小液滴，每个液滴内包裹着氢气，形成氢气气泡雾滴，大幅增加了循环溶剂中的氢气含量，促进煤油共炼进行。
56.如附图1所示，分离装置包括热高压分离器34、冷高压分离器35、低压分离器36和减压分离器37，悬浮床加氢单元顶部与热高压分离器34的中部连通，热高压分离器34顶部轻组分出口与冷高压分离器35中部连通，冷高压分离器35底部与低压分离器36中部连通，热高压分离器34底部重组分出口与减压分离器37中部连通，减压分离器37的轻组分出口、
低压分离器36的重组分出口均与二次加氢单元4底部连通，减压分离器37的重组分出口与气化炉46连通。
57.减压分离器37的重组分出口的残渣作为气化炉46的燃料，低压分离器36的顶部出口的气相组分进入干气系统，减压分离器37轻组分出口、低压分离器36的重组分出口的液相组分进行固定床或悬浮床二次加氢。
58.如附图1所示，制氢单元38采用制氢变压吸附装置，制氢单元38的出氢气端分别与喷射雾化器30、二次加氢单元4和冷高压分离器35的进氢气端连通。
59.制氢单元38的出氢气端管线上可设置新氢压缩机43、循环氢压缩机44。
60.本发明各单元、各设备的流体流程如下：1 干馏单元如附图2所示，煤粉经过磨煤干燥机40去除水分，得到粒径在80微米至100微米的煤粉，通过给煤机42送入微正压料仓41，料仓通过压力调节和下部旋塞阀的控制实现微正压料仓41的间歇补料，同时微正压料仓41可设有震动系统，防止煤粉板结堵塞。煤粉通过微正压料仓41下部的旋塞阀进入干馏反应器1上部的上管板16处，再通过布料挡板25均匀的进入干馏反应器1的干馏管18内，干馏管18外的热合成气通过螺旋挡板24对干馏管18内的煤粉加热到500℃至600℃，煤粉中的挥发分、煤焦油携带少量煤粉进入常压分馏塔6底部。管外的热合成气与干馏管18换热后也进入常压分馏塔6底部；2 常压分馏塔如附图1所示，原油泵送到常压分馏塔6，与干馏气和部分合成气体在塔内接触，另一部分合成气根据热量进行调节，多余部分送往合成气后管网。重质油轻组分得到分馏，重质油将煤粉进行洗涤后送入重油热解单元；3 重油热解单元如附图1所示，干馏单元来的高温煤粉，在压差和合成气的输送下，由底部进入重油热解反应器2。从常压分馏塔6来的重质油，通过物料进料喉管29喷入重油热解反应器2内，与热煤粉充分接触发生裂解反应，反应后进入第一分馏塔7，轻组分与常压分馏塔6的轻组分混合进入汽提塔13分馏产品。煤浆组分通过第一分馏塔7塔底泵增压送出，作为悬浮床加氢的进料；4 加氢单元油煤浆在悬浮床加氢反应器3内，在氢气和催化剂（高活性金属催化剂、铁系催化剂）作用下发生加氢液化反应，反应后的产品通过分离装置分离，残渣作为气化炉46的燃料，气相组分进入干气系统，液相组分进行固定床或悬浮床二次加氢，去除杂原子同时使液体加氢饱和，在分离系统内分离出轻组分，重组分作为循环溶剂；5 喷射雾化器喷射雾化器30是溶剂循环的核心部件，具有两个功能，一是对循环溶剂进行三次加氢过饱和，通过高速氢气流冲激循环溶剂液体，将气体分割成无数细小气泡，增加了循环溶剂中的氢气过饱和量，这样会在加氢反应内增加加氢效果，降低加氢压力；二是提供液、气交换场所，由于气体传热系数低，通过液体对气体的切割和包裹，使气液快速达到一致温度。
61.以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据
实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。