煤油共煉工藝中型試驗研究

高 偉，王忠臣，李 偉，楊 濤，李文選，韓智發

[陜西延長石油(集團)有限責任公司碳氫高效利用技術研究中心，陜西 西安 710075]

中國石化撫順石油化工研究院于20世紀50年代曾對煤焦油的深加工開展了懸浮床加氫的試驗研究[1-2]，取得了一定的成果和經驗。2010年延長石油集團與KBR、BP公司合作[3-6]，開發了煤油共煉技術，煤油共煉技術的原料范圍更廣，不僅能單獨加工煤、重劣質油(常減壓渣油、催化油漿、煤焦油等)也可以將煤與重劣質油混合加工，并在反應中添加新的催化劑、添加劑，使轉化率和液體收率進一步提高。

本試驗探索了煤焦油作為原料與煤共煉的可行性及反應性能。試驗中，先用FCC油漿與榆樹灣煤進行共煉，獲取基準數據，然后用煤焦油逐步替代FCC油漿，進行煤焦油與煤共煉，考察了油煤漿在加氫裂化裝置上的反應效果整體轉化情況，以及中試評價裝置試驗運行狀況。

1 中試裝置簡介

延長石油集團碳氫技術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：進料罐、高壓進料泵、預熱器、一個含加熱系統的懸浮床反應器、熱高壓分離器(HS)、HS頂的冷卻系統和冷高壓分離器、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(如催化劑、添加劑等)與原料充分混合后，重油(或油煤漿)自原料罐經高壓進料泵升壓至操作壓力后，與預熱至相同溫度的循環氫、新氫混合，輸送進入加熱器進一步加熱至一定溫度后進入懸浮床反應器，反應器自身帶有電加熱系統，可嚴格控制反應器溫度(450～470 ℃)，在反應器內物料進行加氫和熱裂解反應，反應產物經過分離系統進行分離收集。

2 試 驗

2.1 原料及其性質

原料主要性質見表1。

表1 原料的基本性質

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

2.2 試驗過程

試驗系統壓力控制在20 MPa，目標溫度468 ℃，進料量為2.2 kg/h，氫油比3 000 L/kg。首先以FCC油漿為溶劑，進行FCC油漿與煤共煉試驗；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的可行性[13-14]。

試驗內容包括：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%。

試驗過程中各工藝參數隨時有波動，但整體保持在平穩狀態，且均在設定值附近小幅波動，由于平衡取樣時間較長，因此，這種波動總體上對平衡取樣影響不大。試驗共進行了4個考察點的考察，各次平衡取樣結果見表2。

表2 平衡取樣結果

3 結果與討論

3.1 FCC油漿與煤共煉的平衡取樣結果

表2中1-1和1-2是進行FCC油漿與煤共煉時的兩次平衡取樣結果，可以看出兩次取樣煤轉化率、渣油轉化率和瀝青質轉化率基本平行，但液體收率卻相差較大。結合之前試驗數據判斷，相對而言，1-1的數據更為可靠，可以作為后續試驗效果判別的參與依據。

3.2 煤焦油摻入率為15%時的平衡取樣結果

表2中2-1和2-2是進行煤焦油摻入率為15%時的平衡取樣結果，兩次結果平行性較好，兩組數據與1-1的數據對照來看：煤轉化率基本相同，對液收影響不計；>525 ℃餾分轉化率2-1/2的低最多為1.76%，對液收的負面影響約為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，對液收的正面影響約為15%×(69%-87%)=2.7%；瀝青質轉化率基本相當，對液收的影響不計。綜合以上四方面，2-1和2-2液收比1-1最大可能點提高2.4%，而平衡取樣的結果是2-1提高了1.3%，2-2提高了0.9%；從液體收率來看，2-1/2這兩組數據都無異常，但2-1的C1-C4收率明顯與其他數據偏差較大，2-1和2-2的反應器四點平均溫度分別為466.9 ℃和467.2 ℃，基本相等，與其他平衡取樣的反應溫度也基本無差別，C1-C4收率不應當出現大幅變化。綜合考量，2-2的數據更為可靠，可作為煤焦油摻入率為15%時的平衡取樣結果。

3.3 煤焦油摻入率為25%時的平衡取樣結果

表2中3-1和3-2是進行煤焦油摻入率為25%時的平衡取樣結果，兩次結果平行性也比較好。從3-1和3-2兩組數據與1-1的數據對照來看：煤轉化率基本相同，對液收影響不計；>525 ℃餾分轉化率也基本相當，對液收影響忽略；油漿中<525 ℃餾分69%，煤焦油中<525 ℃餾分87%，煤焦油加入量為25%時，對液收的正面影響約為25%×(69%-87%)=4.5%；瀝青質轉化率高3%，對液收的正面影響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%，而平衡取樣的結果是3-1提高了0.6%，3-2提高了約1.89%，從液體收率來看3-1和3-2這兩組數據都無異常，但2-1的C1-C4收率明顯與其他數據偏差較大， 3-1和3-2的反應器四點平均溫度分別為467.9 ℃和467.5 ℃，基本相等，與其他平衡取樣的反應溫度也基本無差別，C1-C4收率不應當出現大幅變化。因此，取3-2的數據作為煤焦油摻入率為25%時的平衡取樣結果。

3.4 煤焦油摻入率為60%時的平衡取樣結果

表2中4-1和4-2是進行煤焦油摻入率為60%時的平衡取樣結果，兩次結果平行性不好，相差較大，但二者的反應器四點平均溫度分別為466.8 ℃和467.1 ℃，基本相等，與其他平衡取樣點的反應器四點平均溫度也無差別。從4-1和4-2兩組數據與1-1的數據對照來看：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，對液收的正面影響約為60%×87%-55%×69%=14.25%，因此，從4-1和4-2兩組數據的液體收率比1-1提高10%以上都是有可能的，而實際平衡取樣的結果是，4-1提高了11%，4-2是提高了7.4%，均未超過最大可能的范圍，兩組數據的液體收率看不出異常來，但是4-1的煤轉化率接近100%，這種可能性不大，而且其加工損失也與其他數據相差更大，相對而言，4-2的數據比4-1的更可靠，故取4-2作為煤焦油摻入率為60%時的平衡取樣結果。

4 結 論

a.從試驗整體效果來看，煤焦油可作為煤油共煉的有效溶劑油使用，可與油漿聯合使用，也可直接與煤混合加氫反應，目前市場上工業生產裝置已得到廣泛應用。

b.煤焦油摻入量為15%、25%和60%時，液體收率總體呈上升趨勢，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、瀝青質含量升高，H/C比降低，可見，煤焦油的供氫性能更差，渣油(>525 ℃以上組分)轉化率也相應更低，但仍可達84%以上。

c.煤焦油的芳香分含量低，供氫性能稍差，加氫反應效果較差，而煤焦油中的大分子物質多是膠質、瀝青質，更難于裂化，需深入研究煤焦油各段餾分的性質，優化餾分切割工藝條件，以獲取更加理想的餾分。同時，還應進一步研究改善煤焦油供氫性能的其他技術。

d.油煤漿的成漿性能明顯提高，輸送效果變好，但本次試驗進料系統仍有波動，不如以往試驗平穩，說明油煤漿性能與生產要求還是存在一定差距，有待于進一步研究和提高。