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煤油共炼工艺中型试验研究

2023-02-02王忠臣李文选韩智发

精细石油化工 2023年1期
关键词:油浆煤焦油馏分

高 伟,王忠臣,李 伟,杨 涛,李文选,韩智发

[陕西延长石油(集团)有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心,陕西 西安 710075]

中国石化抚顺石油化工研究院于20世纪50年代曾对煤焦油的深加工开展了悬浮床加氢的试验研究[1-2],取得了一定的成果和经验。2010年延长石油集团与KBR、BP公司合作[3-6],开发了煤油共炼技术,煤油共炼技术的原料范围更广,不仅能单独加工煤、重劣质油(常减压渣油、催化油浆、煤焦油等)也可以将煤与重劣质油混合加工,并在反应中添加新的催化剂、添加剂,使转化率和液体收率进一步提高。

本试验探索了煤焦油作为原料与煤共炼的可行性及反应性能。试验中,先用FCC油浆与榆树湾煤进行共炼,获取基准数据,然后用煤焦油逐步替代FCC油浆,进行煤焦油与煤共炼,考察了油煤浆在加氢裂化装置上的反应效果整体转化情况,以及中试评价装置试验运行状况。

1 中试装置简介

延长石油集团碳氢技术研究中心悬浮床加氢裂化中试装置加工量为0.15 t/d,具有煤-油共炼、重劣质油(煤焦油、渣油、FCC油浆)加氢裂化两种加工模式[10]。

悬浮床加氢工艺的核心为悬浮床加氢裂化装置(图1),主要由以下几部分组成:进料罐、高压进料泵、预热器、一个含加热系统的悬浮床反应器、热高压分离器(HS)、HS顶的冷却系统和冷高压分离器、HS底的低压分离器。

图1 悬浮床加氢裂化中试装置工艺流程示意

添加物质(如催化剂、添加剂等)与原料充分混合后,重油(或油煤浆)自原料罐经高压进料泵升压至操作压力后,与预热至相同温度的循环氢、新氢混合,输送进入加热器进一步加热至一定温度后进入悬浮床反应器,反应器自身带有电加热系统,可严格控制反应器温度(450~470 ℃),在反应器内物料进行加氢和热裂解反应,反应产物经过分离系统进行分离收集。

2 试 验

2.1 原料及其性质

原料主要性质见表1。

表1 原料的基本性质

从表1可以看出,此次煤焦油的水含量、胶质、沥青质含量偏高,需要在配料前进行脱水预处理和馏分段切割。切割后煤焦油的胶质、沥青质含量降低了很多,原料性质得到了改善,有利于裂化[11-12],可作为试验原料使用。

2.2 试验过程

试验系统压力控制在20 MPa,目标温度468 ℃,进料量为2.2 kg/h,氢油比3 000 L/kg。首先以FCC油浆为溶剂,进行FCC油浆与煤共炼试验;然后用250 ℃以上馏分的切后煤焦油逐步替代FCC油浆,考察煤焦油作为原料参与煤油共炼反应的可行性[13-14]。

试验内容包括:1)FCC油浆55%+西湾煤45%;2)切后煤焦油15%+FCC油浆40%+西湾煤45%;3)切后煤焦油25%+FCC油浆30%+西湾煤45%;4)切后煤焦油60%+西湾煤40%。

试验过程中各工艺参数随时有波动,但整体保持在平稳状态,且均在设定值附近小幅波动,由于平衡取样时间较长,因此,这种波动总体上对平衡取样影响不大。试验共进行了4个考察点的考察,各次平衡取样结果见表2。

表2 平衡取样结果

3 结果与讨论

3.1 FCC油浆与煤共炼的平衡取样结果

表2中1-1和1-2是进行FCC油浆与煤共炼时的两次平衡取样结果,可以看出两次取样煤转化率、渣油转化率和沥青质转化率基本平行,但液体收率却相差较大。结合之前试验数据判断,相对而言,1-1的数据更为可靠,可以作为后续试验效果判别的参与依据。

3.2 煤焦油掺入率为15%时的平衡取样结果

表2中2-1和2-2是进行煤焦油掺入率为15%时的平衡取样结果,两次结果平行性较好,两组数据与1-1的数据对照来看:煤转化率基本相同,对液收影响不计;>525 ℃馏分转化率2-1/2的低最多为1.76%,对液收的负面影响约为1.76×((31%×15%+13%×40%)/55%)=0.32%;油浆中<525 ℃馏分69%,煤焦油中<525 ℃馏分87%,煤焦油加入量为15%时,对液收的正面影响约为15%×(69%-87%)=2.7%;沥青质转化率基本相当,对液收的影响不计。综合以上四方面,2-1和2-2液收比1-1最大可能点提高2.4%,而平衡取样的结果是2-1提高了1.3%,2-2提高了0.9%;从液体收率来看,2-1/2这两组数据都无异常,但2-1的C1-C4收率明显与其他数据偏差较大,2-1和2-2的反应器四点平均温度分别为466.9 ℃和467.2 ℃,基本相等,与其他平衡取样的反应温度也基本无差别,C1-C4收率不应当出现大幅变化。综合考量,2-2的数据更为可靠,可作为煤焦油掺入率为15%时的平衡取样结果。

3.3 煤焦油掺入率为25%时的平衡取样结果

表2中3-1和3-2是进行煤焦油掺入率为25%时的平衡取样结果,两次结果平行性也比较好。从3-1和3-2两组数据与1-1的数据对照来看:煤转化率基本相同,对液收影响不计;>525 ℃馏分转化率也基本相当,对液收影响忽略;油浆中<525 ℃馏分69%,煤焦油中<525 ℃馏分87%,煤焦油加入量为25%时,对液收的正面影响约为25%×(69%-87%)=4.5%;沥青质转化率高3%,对液收的正面影响3×45%×94%=1.27%。综合以上四方面,3-1和3-2液收比012-1-1最大可能提高5.7%,而平衡取样的结果是3-1提高了0.6%,3-2提高了约1.89%,从液体收率来看3-1和3-2这两组数据都无异常,但2-1的C1-C4收率明显与其他数据偏差较大, 3-1和3-2的反应器四点平均温度分别为467.9 ℃和467.5 ℃,基本相等,与其他平衡取样的反应温度也基本无差别,C1-C4收率不应当出现大幅变化。因此,取3-2的数据作为煤焦油掺入率为25%时的平衡取样结果。

3.4 煤焦油掺入率为60%时的平衡取样结果

表2中4-1和4-2是进行煤焦油掺入率为60%时的平衡取样结果,两次结果平行性不好,相差较大,但二者的反应器四点平均温度分别为466.8 ℃和467.1 ℃,基本相等,与其他平衡取样点的反应器四点平均温度也无差别。从4-1和4-2两组数据与1-1的数据对照来看:粗略地估算,油浆中<525 ℃馏分为69%,煤焦油中<525 ℃馏分为87%,煤焦油加入量为60%时,对液收的正面影响约为60%×87%-55%×69%=14.25%,因此,从4-1和4-2两组数据的液体收率比1-1提高10%以上都是有可能的,而实际平衡取样的结果是,4-1提高了11%,4-2是提高了7.4%,均未超过最大可能的范围,两组数据的液体收率看不出异常来,但是4-1的煤转化率接近100%,这种可能性不大,而且其加工损失也与其他数据相差更大,相对而言,4-2的数据比4-1的更可靠,故取4-2作为煤焦油掺入率为60%时的平衡取样结果。

4 结 论

a.从试验整体效果来看,煤焦油可作为煤油共炼的有效溶剂油使用,可与油浆联合使用,也可直接与煤混合加氢反应,目前市场上工业生产装置已得到广泛应用。

b.煤焦油掺入量为15%、25%和60%时,液体收率总体呈上升趋势,而相较于FCC油浆,煤焦油中烷烃含量降低,芳烃含量降低,而胶质、沥青质含量升高,H/C比降低,可见,煤焦油的供氢性能更差,渣油(>525 ℃以上组分)转化率也相应更低,但仍可达84%以上。

c.煤焦油的芳香分含量低,供氢性能稍差,加氢反应效果较差,而煤焦油中的大分子物质多是胶质、沥青质,更难于裂化,需深入研究煤焦油各段馏分的性质,优化馏分切割工艺条件,以获取更加理想的馏分。同时,还应进一步研究改善煤焦油供氢性能的其他技术。

d.油煤浆的成浆性能明显提高,输送效果变好,但本次试验进料系统仍有波动,不如以往试验平稳,说明油煤浆性能与生产要求还是存在一定差距,有待于进一步研究和提高。

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