一种煤焦油全馏分轻质化系统及方法与流程

本发明涉及煤化工领域，尤其涉及一种煤焦油全馏分轻质化系统及方法。

背景技术：

随着经济的飞速发展，我国对燃料油的需求日益增大。由于大部分燃料油仍需从石油资源中获取，我国的原油需求量和对外依存度也在逐年增加。截至2014年，我国原油的对外依存度已达到59.6％。因此，面对石油资源短缺的问题以及我国富煤少油的能源格局，从煤资源中获取清洁燃料具有重要的现实意义。

煤焦油是煤干馏的副产物，根据干馏温度，可将煤焦油分为高温煤焦油、中温煤焦油和中低温煤焦油等。与高温煤焦油相比，中低温煤焦油芳烃含量相对较低，饱和烃含量相对较高，更接近石油的组成。因此，中低温煤焦油更适合通过加氢处理技术，来生产清洁燃料油品。

由于中低温煤焦油中含有大量的煤粉、热解碳等固体杂质，且胶质、沥青质含量较高。因此，采用传统的固定床加氢工艺加工煤焦油，存在易生焦、运行周期较短的问题。故国内开发了煤焦油轻组分加氢或延迟焦化和固定床加氢结合的工艺，但煤焦油的利用率不高。并且，采用加氢精制工艺虽能脱除煤焦油中的N、S、O等杂质，但其轻质化程度较低，所得的轻质燃料油产品收率较低，经济性不高。因此，采用悬浮床/浆态床/浆态床与固定床结合、加氢精制与加氢裂化结合的组合工艺，将最大化提高煤焦油利用率，生产轻质燃料油，提高煤焦油加工的经济性。

现有技术公开了一种煤焦油悬浮床催化加氢的方法。该方法将煤焦油通过常压蒸馏分离为酚油馏分、柴油馏分和重油馏分。酚油馏分脱酚后得到脱酚油，重油馏分进行悬浮床加氢裂化，对加氢裂化产物进行固液分离后，蒸馏得到液体产物，将塔底尾油作为循环油与重油馏分混合，轻质产物以及脱酚油、原料中的柴油馏分混合后进入提质单元。但是，塔底尾油直接循环回悬浮床反应器，未进一步加工，反应深度较低，利用率低，且该方法流程较复杂。

现有技术二公开了一种处理煤焦油全馏分以生产燃料油的方法。该方法将煤焦油重馏分与催化剂和硫化剂混合均匀，硫化后进入浆态床反应器进行加氢裂化反应，产物分馏后得到汽油、柴油和加氢尾油，部分加氢尾油作为循环油回到浆态床反应器，其余加氢尾油脱除固体颗粒后与煤焦油轻馏分进入固定床反应器，产物分馏得到汽油、柴油和加氢尾油。但是，煤焦油全馏分轻质化效果较差，煤焦油利用率较低，且工艺流程复杂。

现有技术三公开了一种煤焦油生产柴油的方法。该方法将煤焦油全馏分分离为富沥青质相和贫沥青质相，富沥青质相经浆态床加氢反应后与贫沥青质相混合进入固定床反应器，加氢产物切割后得到柴油产品，其中一部分加氢柴油作为循环油与煤焦油原料混合。但是，柴油循环量较大，柴油产品产出量较少，产品轻质化程度低。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决煤焦油利用率较低的问题，提供一种悬浮床加氢与固定床加氢联合加工的方法，有效转化煤焦油全馏分，最大化产出汽油和柴油等轻质馏分，提高煤焦油利用率。

鉴于上述目的，本发明提出了一种煤焦油全馏分轻质化系统，包括分馏装置(2)、固定床加氢精制装置、三相分离装置、固定床加氢裂化装置、气液分离装置、分馏装置(7)、混合装置，

所述分馏装置(2)具有煤焦油入口、原料轻组分出口、原料重组分出口；

所述固定床加氢精制装置具有原料轻组分入口、生成油入口，所述原料轻组分入口与所述分馏装置(2)的原料轻组分出口连接；

其中，所述分馏装置(2)、固定床加氢精制装置、三相分离装置、固定床加氢裂化装置、气液分离装置、分馏装置(7)依次连接；

所述分馏装置(7)具有汽油馏分出口、柴油馏分出口、重质馏分油出口；

所述混合装置具有原料重组分入口、重质馏分油入口、催化剂入口、硫化剂入口、油浆出口，所述原料重组分入口与所述分馏装置(2)的原料重组分出口连接，所述重质馏分油入口与所述分馏装置(7)的重质馏分油出口连接。

上述系统中，进一步包括悬浮床加氢裂化装置、分离装置；

所述悬浮床加氢裂化装置具有油浆入口、加氢裂化产物出口，所述油浆入口与所述混合装置的油浆出口连接；

所述分离装置具有加氢裂化产物入口、生成油出口、固体杂质出口，所述加氢裂化产物入口与所述悬浮床加氢裂化装置的加氢裂化产物出口连接，所述生成油出口与所述固定床加氢精制装置的生成油入口连接。

本发明还提出了一种利用上述系统进行煤焦油全馏分轻质化的方法，包括如下步骤：

步骤A，将煤焦油进行分馏，分馏温度T以上得到原料重组分，分馏温度T以下得到原料轻组分；

步骤B，将所述原料轻组分送入所述固定床加氢精制装置中进行加氢精制反应，反应产物进行三相分离，得到气相、油相、水相，所述油相在所述固定床加氢裂化装置中进行加氢裂化反应，反应产物依次进行气液分离、分馏，得到汽油馏分、柴油馏分、重质馏分油，所述重质馏分油经由所述重质馏分油入口送入所述混合装置中。

上述进行煤焦油全馏分轻质化的方法，还包括步骤：将所述步骤A得到的原料重组分、催化剂、硫化剂也送入所述混合装置中，混合得到油浆，所述油浆在所述悬浮床加氢裂化装置中进行加氢裂化反应，反应产物经过分离装置处理后，得到生成油、固体杂质，所述生成油经由所述生成油入口送入所述固定床加氢精制装置中。

上述进行煤焦油全馏分轻质化的方法中，所述T为350～370℃。

上述进行煤焦油全馏分轻质化的方法中，所述步骤B中的加氢精制反应采用的加氢精制催化剂的组成为：1wt％～5wt％氧化镍、15wt％～30wt％氧化钨、0.5wt％～3wt％氧化磷、62wt％～83.5wt％γ-Al₂O₃。

上述进行煤焦油全馏分轻质化的方法中，所述步骤B中的加氢精制反应的反应温度为340～370℃，氢气分压为10～16MPa。

上述进行煤焦油全馏分轻质化的方法中，所述步骤B中的加氢裂化反应采用的加氢裂化催化剂的组成为：1wt％～5wt％氧化镍、10wt％～20wt％氧化钼、0.5wt％～5wt％氧化磷、70wt％～88.5wt％载体；

所述载体为Y型分子筛和γ-Al₂O₃的混合物，其中，所述Y型分子筛占所述载体的百分比为10wt％～25wt％。

上述进行煤焦油全馏分轻质化的方法中，所述步骤B中的加氢裂化反应的反应温度为370～410℃，氢气分压为10～16MPa。

上述进行煤焦油全馏分轻质化的方法中，所述催化剂为微球状负载型催化剂，所述微球状负载型催化剂粒径为100～300μm；

所述加氢裂化反应的反应温度为400～440℃，氢气分压为10～16MPa。

本发明中，煤焦油中的重组分经悬浮床加氢裂化装置处理后，有利于机械杂质和金属的沉积，转化重组分中易生焦的胶质和沥青质，有利于重组分在固定床装置中发生反应，并减少其中的积炭，延长运行周期。

本发明中，悬浮床加氢裂化生成油直接进入固定床加氢精制装置中，进行进一步轻质化，再增加重组分利用率的同时，还能简化工艺流程。并将加氢裂化生成油中的重质馏分油循环，与原料重组分混合后进入悬浮床加氢裂化装置，有利于重质馏分油的进一步反应，同时稀释原料重组分，降低进料的粘度，提高反应物的传质，降低加氢裂化产物分离固体的难度。此外，重质馏分油中含有大量的部分饱和芳烃，能作为供氢剂促进原料重组分中胶质和沥青质的转化。

附图说明

图1为本发明中煤焦油全馏分轻质化系统示意图。

图2为本发明中煤焦油全馏分轻质化方法流程示意图。

附图中的附图标记如下：

1、原料预处理装置；2、分馏装置；3、固定床加氢精制装置；4、三相分离装置；5、固定床加氢裂化装置；6、气液分离装置；7、分馏装置；8、混合装置；9、悬浮床加氢裂化装置、10、分离装置。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，为本发明中煤焦油全馏分轻质化系统示意图。本发明实施例的系统包括原料预处理装置1、分馏装置2、固定床加氢精制装置3、三相分离装置4、固定床加氢裂化装置5、气液分离装置6、分馏装置7、混合装置8、悬浮床加氢裂化装置9、分离装置10。

由图1可见，本发明的系统中，各装置的连接关系如下：

原料预处理装置1用于对煤焦油原料进行预处理，其具有原料入口、原料出口。

分馏装置2用于对煤焦油进行分馏，其具有煤焦油入口、原料轻组分出口、原料重组分出口。并且，煤焦油入口与原料预处理装置1的原料出口连接，用于接收由原料出口输送出的经预处理的煤焦油。

固定床加氢精制装置3用于原料轻组分进行加氢精制反应，其具有原料轻组分入口、生成油入口、加氢精制产物出口。并且，原料轻组分入口与分馏装置2的原料轻组分出口连接。

三相分离装置4用于对加氢精制产物进行分离，其具有加氢精制产物入口、气相出口、油相出口、水相出口。并且，该加氢精制产物入口与固定床加氢精制装置3的加氢精制产物出口连接。

固定床加氢裂化装置5用于分离后所得油相的加氢裂化反应，其具有油相入口、加氢裂化产物出口。并且，该油相入口与三相分离装置4的油相出口连接。

气液分离装置6用于对加氢裂化产物进行分离，其具有加氢裂化产物入口、加氢裂化液相产物出口。并且，该加氢裂化产物入口与固定床加氢裂化装置5的加氢裂化产物出口连接。

分馏装置7用于对加氢裂化液相产物进行分馏，其具有加氢裂化液相产物入口、汽油馏分出口、柴油馏分出口、重质馏分油出口。并且，该加氢裂化液相产物入口与气液分离装置6的加氢裂化液相产物入口连接。

混合装置8用于原料重组分与重质馏分油等的混合，其具有重质馏分油入口、原料重组分入口、催化剂入口、硫化剂入口、油浆出口。并且，该原料重组分入口与分馏装置2的原料重组分出口连接，重质馏分油入口与分馏装置7的重质馏分油出口连接。

悬浮床加氢裂化装置9用于油浆的加氢裂化反应，其具有油浆入口、加氢裂化产物出口。并且，该油浆入口与混合装置8的油浆出口连接。

分离装置10用于分离加氢裂化产物，其具有加氢裂化产物入口、生成油出口、固体杂质出口。并且，该加氢裂化产物入口与悬浮床加氢裂化装置9的加氢裂化产物出口连接，该生成油入口与固定床加氢精制装置3的生成油入口连接。其包括气液分离装置、离心装置和过滤装置。

综上，本发明实施例的系统中包括如下两条技术路线：

①原料预处理装置1、分馏装置2、固定床加氢精制装置3、三相分离装置4、固定床加氢裂化装置5、气液分离装置6、分馏装置7、混合装置8依次连接。

②原料预处理装置1、分馏装置2、混合装置8、悬浮床加氢裂化装置9、分离装置10、固定床加氢精制装置3依次连接。

即本发明实施例中，同时具有轻组分处理技术路线①和重组分处理技术路线②，并且，此两条技术路线又形成两条相互循环的技术路线。

如图2所示，为本发明中煤焦油全馏分轻质化方法流程示意图。本发明实施例的方法包括如下步骤：

步骤A：煤焦油在原料预处理装置1中经预处理后，送入分馏装置2中进行分馏，分馏温度T以上得到原料重组分，分馏温度T以下得到原料轻组分。

其中，本实施例中的煤焦油为中低温煤焦油。预处理过程主要包括脱水和脱除机械杂质。脱水过程采用了本技术领域内的常规方法，本实施例中，选用向煤焦油中加入破乳剂。并且，采用过滤的方法脱除机械杂质。

所述分馏温度T为350～370℃。

步骤B：将步骤A得到的原料轻组分送入固定床加氢精制装置3中，进行加氢精制反应，得到的加氢精制产物送入三相分离装置4中进行分离，得到气相、油相、水相。然后，将油相送入固定床加氢裂化装置5中进行加氢裂化反应，得到的加氢裂化产物在气液分离装置6中分离后送入分馏装置7中，得到汽油馏分、柴油馏分、重质馏分油。

该步骤即实现了煤焦油原料轻组分馏分的轻质化，得到汽油和柴油。

所得到的重质馏分油经由重质馏分油入口送入混合装置8中，其包括馏分油馏分和重油馏分。

加氢精制产物在三相分离装置4中进行分离后，得到的气相经过净化后作为循环氢用于加氢反应，得到的水相经碱洗后外排。

该步骤中，加氢精制反应还用到了加氢精制催化剂。该加氢精制催化剂为负载型催化剂，且主催化剂为三叶草条状，直径为2㎜。负载金属为镍钨体系，磷作为助剂，载体为γ-Al₂O3。该加氢精制催化剂的组成为：1wt％～5wt％氧化镍、15wt％～30wt％氧化钨、0.5wt％～3wt％氧化磷、62wt％～83.5wt％γ-Al₂O3(wt％为质量百分比)。在主催化剂上部装填保护剂，该保护剂是由惰性材料制成的拉西环，用于沉积油品中残留的金属和机械杂质等。

加氢精制反应的反应温度为340～370℃，氢气分压为10～16MPa，氢油体积比为800～1400，反应空速为0.3～1.2h^-1。经过加氢精制反应，脱除了原料中大部分含氮、氧、硫的化合物，从而满足后续加氢裂化反应的进料要求。并且使得原料中的多环芳烃饱和，有利于其进一步发生加氢裂化反应，促进多环芳烃的转化。

该步骤中，加氢裂化反应还用到了加氢裂化催化剂。该加氢裂化催化剂为双功能负载型催化剂，催化剂为三叶草条状，直径为1.5㎜。负载金属为镍钼体系，磷作为助剂。载体为γ-Al₂O₃和Y型分子筛的混合物，其中，Y型分子筛占载体的百分比为10wt％～25wt％。该加氢裂化催化剂的组成为1wt％～5wt％氧化镍、10wt％～20wt％氧化钼、0.5wt％～5wt％氧化磷、70wt％～88.5wt％载体。

加氢裂化反应的反应温度为370～410℃，氢气分压为10～16MPa，氢油体积比为800～1400，反应空速为0.5～1.5h^-1。经过加氢裂化反应，可实现煤焦油的大幅轻质化，利用率大幅提升，汽油和柴油的收率较高，经济效益显著。

步骤C：将重质馏分油、原料重组分送入混合装置8中，同时加入催化剂和硫化剂，进行混合得到油浆。然后，将油浆送入悬浮床加氢裂化装置9中进行加氢裂化反应，加氢裂化产物经过分离装置10处理后，得到生成油、固体杂质。并将生成油经由生成油入口送入固定床加氢精制装置3中，与原料轻组分进行加氢精制反应。

其中，将固体杂质送入回收系统。该回收过程包括：将固体杂质送入热解反应装置中进行热裂解反应，得到的油相可与煤焦油原料混合后加工，固体杂质烧焦后作为催化剂循环使用。

该步骤中的催化剂为微球状负载型催化剂，粒径为100～300μm，负载金属为钼，载体采用无定形硅酸铝。其中，氧化钼占催化剂的百分比为0.5wt％～2wt％，余量为无定形硅酸铝。

无定形硅酸铝载体具有较强的酸性，可促进加氢裂化反应的进行，并具有较好的热稳定性，可以频繁地再生，有利于催化剂循环使用。

悬浮床加氢裂化反应的反应温度为400～440℃，氢气分压为10～16MPa，氢油体积比为600～1400，反应空速为0.5～1.5h^-1。经过悬浮床加氢裂化反应，基本脱除了原料中的易生焦物质，可完全转化原料中的重组分，基本满足了固定床进料的要求，实现原料的初步轻质化，并初步脱除原料中的硫、氮、氧、金属等杂质。

实施例

实施例1选用中低温煤焦油为原料，按照步骤A进行预处理，然后分析原料煤焦油的性质，分析结果如表1所示。

表1原料煤焦油的性质分析结果

将经分馏装置处理后的煤焦油分离为小于370℃的原料轻组分和大于370℃的原料重组分。

将原料重组分、重质馏分油、催化剂、硫化剂混合，在80℃条件下搅拌均匀。所用催化剂为100～300μm的钼基催化剂，氧化钼百分比为2wt％，催化剂与原料重组分的质量比为3:1000。所用硫化剂为二硫化碳，二硫化碳占原料重组分的百分比为2wt％。得到的油浆送入悬浮床加氢裂化装置中进行加氢裂化反应，反应氢气分压为16MPa，反应温度为440℃，氢油体积比为1200，反应空速为1.5h^-1，反应产物气液分离后通过离心、过滤处理，脱除其中所含的粒径为25μm以上的固体杂质，得到生成油。

将生成油和原料轻组分混合，进入固定床加氢精制装置，加氢精制催化剂组成为氧化镍1wt％、氧化钨15wt％、氧化磷0.5wt％、余量为γ-Al₂O₃，反应氢气分压为16MPa，反应温度为350℃，氢油体积比为1400，反应空速为0.5h^-1。加氢精制产物经过三相分离后进入固定床加氢裂化装置，加氢裂化催化剂组成为氧化镍5wt％、氧化钼20wt％、氧化磷3wt％、余量为载体，载体中分子筛含量为10wt％，反应氢气分压为10MPa，反应温度为370℃，氢油体积比为800，反应空速为1.5h^-1。加氢裂化产物经过气液分离、分馏后，得到汽油馏分、柴油馏分和重质馏分油。

本实施例1中得到的汽油收率为31％，柴油收率为53％，重质馏分油收率为16％，煤焦油轻质化效果较明显。

实施例2采用与实施例1相同的原料油，切取>350℃馏分为原料重组分进入悬浮床加氢裂化装置，所用催化剂氧化钼百分比为0.5wt％，催化剂与原料重组分的质量比为5:1000，反应条件为氢气分压16MPa、温度420℃、氢油体积比1400、反应空速0.5h^-1。固定床加氢精制催化剂组成为氧化镍3wt％、氧化钨25wt％、氧化磷2wt％、余量为γ-Al₂O₃，反应氢气分压为14MPa，反应温度为370℃，氢油体积比为800，反应空速为1.2h^-1。固定床加氢裂化催化剂组成为氧化镍3wt％、氧化钼16wt％、氧化磷2wt％、余量为载体，载体中分子筛含量为18wt％，反应氢气分压为12MPa，反应温度410℃，氢油体积比为1400，反应空速为1.0h^-1。

本实施例2中得到的汽油收率为33％，柴油收率为51％，重质馏分油收率16％，煤焦油轻质化效果较明显。

实施例3采用与实施例1相同的原料油，切取>350℃馏分为原料重组分进入悬浮床加氢裂化装置，所用催化剂氧化钼百分比为1.5wt％，催化剂与原料重组分的质量比为3:1000，反应条件为氢气分压10MPa、温度400℃、氢油体积比600、反应空速1.0h^-1。固定床加氢精制催化剂组成为氧化镍5wt％、氧化钨30wt％、氧化磷3wt％、余量为γ-Al₂O₃，反应氢气分压为10MPa，反应温度为340℃，氢油体积比为1200，反应空速为1.0h^-1。固定床加氢裂化催化剂组成为氧化镍1wt％、氧化钼10wt％、氧化磷0.5wt％、余量为载体，载体中分子筛含量为25wt％，反应氢气分压为14MPa，反应温度380℃，氢油体积比为800，反应空速为0.5h^-1。

本实施例3中得到的汽油收率为34％，柴油收率为54％，重质馏分油收率12％，煤焦油轻质化效果较明显。

对比例1采用与实施例3相同的煤焦油原料、催化剂及工艺参数。其中，重质馏分油外排，不循环至悬浮床加氢裂化装置中，所得的汽油收率为33％，柴油收率为50％，重质馏分油收率为17％。

即，本发明可实现煤焦油全馏分的轻质化。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。