本实用新型属于煤化工
技术领域：
，涉及一种煤和煤焦油混合加氢系统。
背景技术：
：煤炭是我国的主体能源和重要工业原料，近年来，煤炭工业取得了长足发展，煤炭产量快速增长，生产力水平大幅提高，为经济社会健康发展做出了突出贡献，但煤炭利用方式粗放、能效低、污染重等问题没有得到根本解决，应大力发展煤化工技术。煤化工主要分为传统煤化工和现代煤化工两类，其中煤焦化、煤合成氨、电石属于传统煤化工，而目前所热议的煤化工实际上是现代煤化工，主要是指煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制天然气、煤制油、煤制二甲醚及煤制烯烃等项目。煤化工的工艺路线主要有三条，即焦化、气化和液化，在煤的各种化学加工过程中，焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭，同时副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃；煤气化在煤化工中也占有很重要的地位，用于生产城市煤气及各种燃料气，也用于生产合成气(作为氢气、合成氨、合成甲醇等的原料)；煤低温干馏、煤直接液化及煤间接液化等过程主要生产液体燃料(石脑油、汽油、柴油)；煤的其他直接化学加工，则生产褐煤蜡、磺化煤、腐植酸及活性炭等，仍有小规模的应用。我国能源资源中，煤资源相对丰富，石油资源相对少，而且石油往往受制于国际市场。因此，通过把煤液化替代石油成为我国能源发展的一个明智选择。而煤直接液化技术相对于其他煤化工技术，能直接得到液体燃料，且投资相对较低，相对于石油更加环保，符合国家节能环保的要求。未来随着我国经济发展，能源需求将日益扩大，对于煤直接液化的需求也就越大。这也就是意味着，发展煤直接液化技术是满足日益增大的能源需求的必由之路。煤焦油是煤热解制焦炭的副产品，在煤炭生产中占有一定的份额，基于目前的煤热解技术，煤焦油产量约占3％～5％(相对于焦炭产量)。近年来利用煤焦油生产车用燃油的应用比例逐渐增加，以煤代油既是解决车用燃油紧张问题的一条途径，也符合中国的能源结构特点。煤焦油组分复杂，稠环芳烃、灰分、胶质以及沥青质含量高，并且含有氮、硫等杂原子物质，直接作为燃料不仅降低资源价值，而且对环境造成重大污染，因此煤焦油加氢提质是煤化工中常采用的工艺方法。固体杂质含量高是煤焦油不同于石油原料的特征之一，尤其是粉煤(粒径＜6mm)热解焦油，其焦油含固量可达20％以上。然而传统的固定床加氢技术要求原料中固体杂质含量小于0.01％，杂质的存在不仅会给床层带来较大的压降，影响装置的长周期稳定运行，而且会对催化剂的活性和选择性造成不可逆的影响。针对这些问题，研究者不断完善工艺和开发新的技术来满足工业生产的要求，其中煤焦油悬浮床加氢技术是近些年比较热门、比较有效的工艺方法，其对固体含量没有特别严格的要求，催化剂和原料同时进入系统，不会存在压降带来的稳定性问题。综上，将煤和煤焦油混合共炼，不仅突破了煤直接液化的技术瓶颈，同时提高了液体产品的收率，对于解决燃油紧张的问题具有重要意义。CN104910961A公开了一种煤直接液化循环供氢溶剂及其制备方法。该实用新型采用煤直接液化产品作为供氢溶剂，将供氢溶剂分为小于200℃馏分，200～350℃馏分，大于350℃馏分。CN104560098A公开了一种煤直接液化方法。该实用新型将煤浆、氢气和催化剂由下向上进入第一反应区反应后进行气液分离，液相进入第二反应区与氢气逆流接触，可以降低反应器内的气体分率，同时进一步提高煤直接液化效果。CN104962307A公开了一种煤炭液化生产轻质油的方法。该实用新型将平推流悬浮床反应器、内循环悬浮床反应器和固定床反应器进行优化组合，实现煤的高效转化，工艺路线短，能耗低，转化率和液体收率高。CN104419438A公开了一种混有中低温煤焦油的煤直接液化工艺。该实用新型将中低温煤焦油切割成重油馏分和轻油馏分，煤粉与重油馏分、氢气、催化剂经过两级反应后分馏得到产品。该工艺显著提高了煤直接液化的生产效率，提高了煤粉转化率。CN104419437A公开了一种混有高温煤焦油的煤直接液化工艺。该实用新型将高温煤焦油切割成＜350℃的轻油馏分和＞350℃的重油馏分，煤粉与重油馏分、氢气、催化剂经过两级反应后分馏得到产品。该工艺显著提高了煤直接液化的生产效率，提高了煤粉转化率。虽然现有工艺方法已经能够解决一部分煤直接液化的相关技术问题，但是煤直接液化仍然存在一些瓶颈，主要表现为：气体产率高，液化油产率低，生焦量大，加氢深度不够等。CN104087339A提供了一种杂油、煤和煤焦油加氢共炼方法，包括：(1)对煤焦油原料进行蒸馏处理，分为≤320℃的轻质馏分油和＞320℃的重质馏分油；(2)将步骤(1)蒸馏处理得到的所述重质馏分油与煤、杂油混合，加入加氢催化剂，制成油煤浆；其中，所述重质馏分油、煤、杂油的质量比为1-4:1-3:1-4，所述杂油为石油渣油、高稠油中的一种或两者的混合物；(3)将步骤(2)得到的油煤浆经预热后送入加氢反应器，进行加氢反应；(4)将步骤(3)加氢反应的生成物采用高温高压分离器进行气液分离；(5)将经步骤(4)气液分离得到的含固重质残油进行减压蒸馏，得到减压油；(6)将步骤(5)得到的所述减压油和步骤(1)得到的≤320℃的轻质馏分油经预热后，与步骤(4)气液分离得到的气相物料一起依次送入第一固定床反应器和第二固定床反应器进行加氢精制；(7)将步骤(6)得到的加氢精制后的产物经分馏得到汽油、柴油和350℃-500℃重质油，其中，将所述350℃-500℃的重质油作为循环供氢溶剂再循环至步骤(2)中，与所述重质馏分油、煤和杂油一起送入加氢反应器进行加氢反应，所述350℃-500℃的重质油与所述重质馏分油质量比为1:3-4:1。可使煤焦油加氢后生成汽、柴油收率提高10％-30％。但是，其并没有选取合适的馏分油作为供氢溶剂用于催化加氢，而重质馏分、杂油和煤作为催化加氢的原料，加氢反应深度相对较低，得到的轻质油产品的收率低，且生焦量多。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种煤和煤焦油混合加氢系统，所述系统能够显著提高加氢深度，减低气相产率，并能够有效避免壁相生焦，降低生焦总量，实现装置长期稳定运行。本实用新型如无特殊说明，所述轻组分是指馏程为350℃以下的组分，如330℃、310℃、300℃、245℃、240℃、220℃、200℃、180℃、165℃、150℃、145℃或110℃等，所述重组分是指馏程大于350℃的组分，如360℃、380℃、400℃、420℃、450℃、470℃、480℃、500℃或520℃等。本实用新型中所述的“第一”、“第二”、“第三”或“第四”仅仅是为了区分各装置。所述“wt％”是指质量百分含量。所述轻质油产品是指轻质燃料油，即汽、柴油产品。为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：本实用新型的目的之一在于提供一种煤和煤焦油混合加氢系统，所述系统包括：氢气供给单元，用于供给氢气；煤供给单元，用于供给原料煤；催化剂供给单元，用于供给加氢催化剂，包括催化剂供给装置；煤焦油分割单元，用于将煤焦油分割为第一轻组分、供氢溶剂前液和第一重组分；所述供氢溶剂前液是沸点为200-450℃的煤焦油馏分，如220℃、230℃、250℃、270℃、290℃、300℃、310℃、340℃、360℃、380℃、400℃、410℃或440℃等，优选为330-420℃；第一轻组分的沸点小于供氢溶剂前液的沸点，第一重组分的沸点大于供氢溶剂前液的沸点，如所述第一轻组分的沸点小于330℃或小于200℃，如沸点为300℃、280℃、250℃、230℃、195℃、180℃、185℃、175℃、170℃、165℃、155℃、140℃、130℃、120℃、100℃或50℃等的馏分；所述第一重组分的沸点大于450℃或大于420℃，如430℃、460℃、480℃、500℃、520℃、530℃、550℃、570℃、600℃、620℃或650℃等；供氢溶剂制备单元，与煤焦油分割单元和氢气供给单元分别相连，用于将供氢溶剂前液进行催化加氢反应得到沸点为200-450℃的供氢溶剂，如220℃、230℃、250℃、270℃、290℃、300℃、310℃、340℃、360℃、380℃、400℃、410℃或440℃等，优选为330-420℃；油煤浆制备单元，与煤焦油分割单元、供氢溶剂制备单元、催化剂供给单元和煤供给单元分别相连，用于将第一重组分、供氢溶剂和煤混合，得到油煤浆；催化加氢反应单元，包括悬浮床加氢反应器，与油煤浆制备单元和氢气供给单元相连，用于油煤浆与氢气的催化加氢反应，得到煤和煤焦油混合加氢产物。本实用新型提供的煤和煤焦油混合加氢系统以煤和煤焦油为原料，制得油煤浆，进而进行催化加氢反应；该反应利用油煤浆中固体杂质作为结焦中心，能够实现煤和煤焦油混合加氢生产轻质油，并能够有效避免壁相生焦，降低生焦总量，实现加氢反应装置的长期稳定运行。所述系统还包括后处理单元，用于将煤和煤焦油混合加氢产物进行后处理，得到轻质油产品。优选地，所述后处理单元包括第二分离装置、常压分馏装置、第二减压分馏装置、第三催化加氢反应装置、第三分离装置和第三分馏装置；第二分离装置设置进料口、气体出口、第二轻组分出口和第二重组分出口，进料口与催化加氢单元的反应产物出口相连，第二轻组分出口与常压分馏装置的进料口相连；第二重组分出口与第二减压分馏装置的进料口相连；常压分馏装置的第三轻组分出口、第二减压分馏装置的第四轻组分出口以及煤焦油分割单元的第一轻组分出口分别与第三催化加氢反应装置的进料口相连，氢气供给装置的出气口与第三催化加氢反应装置的进气口相连；第三分离装置设置进料口、氢气出口和液体出口，第三催化加氢反应装置的反应产物出口与第三分离装置的进料口相连；第三分离装置的液体出口与第三分馏装置的进料口相连，第三分馏装置设置轻质油产品出口。所述分离装置、常压分馏装置、减压分馏装置、分馏装置均是本领域常规的操作装置。优选地，所述第二分离装置的气体出口经膜分离装置与催化加氢反应单元的进气口相连。所述膜分离单元用于将气体中的氢气提纯分离，以循环使用。优选地，所述第三催化加氢反应装置包括固定床加氢反应器。优选地，所述第三分离装置的氢气出口与第三催化加氢反应装置的进气口和/或供氢溶剂制备单元的进气口相连。该设置能够使氢气循环利用，减少氢气的供给量。优选地，所述油煤浆制备单元与煤供给单元之间还设置磨煤系统。所述磨煤系统用于将原料煤研磨成粒径为200μm以下的煤粉颗粒。优选地，所述第二减压分馏装置的第四轻组分出口还与供氢溶剂制备单元的进料口相连，用于将分馏得到的轻组分与供氢溶剂前液混合制备供氢溶剂，保证供氢溶剂、煤、重组分之间的质量比。所述煤焦油分割单元包括煤焦油供给装置和第一减压分馏装置，第一减压分馏装置设置进料口、第一轻组分出口、供氢溶剂前液出口和第一重组分出口，煤焦油供给装置的出料口与第一减压分馏装置的进料口相连。所述系统通过减压分馏将煤焦油进行分割。优选地，所述供氢溶剂制备单元包括第一催化加氢反应装置、第一分离装置和第一分馏装置，所述第一催化加氢反应装置的进料口分别与煤焦油分割单元和供氢溶剂前液出口相连，第一催化加氢反应装置的反应产物出口与第一分离装置的进料口相连，第一分离装置设置氢气出口和液体出口，液体出口与第一分馏装置的进料口相连，第一分馏装置设置供氢溶剂出口。对所述供氢溶剂前液进行催化加氢，能够提高供氢溶剂的供氢性能，并且能够有效减少生焦量。优选地，所述第一催化加氢反应装置包括固定床加氢反应器。优选地，所述第一分离装置的氢气出口与第一催化加氢反应装置和/或第三催化加氢反应装置的气体进口相连，以使氢气进行循环使用。所述油煤浆制备单元包括混捏机。优选地，所述油煤浆制备单元连接于催化加氢反应单元的底部。优选地，所述悬浮床加氢反应器包括至少一个鼓泡床反应器和至少一个强制循环悬浮床反应器。所述鼓泡床反应器的个数可为1个、2个、3个、4个、5个、6个或10个等，所述强制循环悬浮床反应器的个数可为1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或10个等。鼓泡床反应器结构简单，节省投资，可通过冷氢控制反应温度，从而达到控制反应深度的目的，减少气体产率，强制循环悬浮床反应器可将高温位反应产物循环至反应器进料位置，能够降低进料加热炉出口温度，防止结焦。因此，使用鼓泡床反应器和强制循环反应器相结合的反应装置，能有效减少气相产率，增加油品收率，降低进料加热炉的热负荷。本实用新型提供的煤和煤焦油混合加氢工艺对煤焦油进行分割，分离出特定沸点范围的轻组分、供氢溶剂前液及重组分，供氢溶剂前液加氢后得到的供氢溶剂与重组分、催化剂、煤粉经混捏装置制备油煤浆；以煤粉作为载体，携有催化剂的油煤浆从反应器底部进入悬浮床反应器；反应产物经分离系统分离出气、液、含固尾油，富氢气体提纯升压后返回反应器循环使用，液相产物经固定床加氢得到合格产品油，含固重油进沥青成型单元得到沥青产品；富氢气体中氢气浓度较低达不到要求，使用膜分离装置提纯后循环使用。本实用新型提供的煤和煤焦油混合加氢方法利用油煤浆中固体杂质作为结焦中心，能够实现煤和煤焦油的混合加氢生产轻质油，并能够有效避免壁相生焦，降低生焦总量，增加液化油收率，实现悬浮床加氢反应器长期稳定运行。悬浮床反应器采用鼓泡床反应器和强制循环悬浮床反应器相结合的工艺，能有效减少气相产率，增加油品收率，降低进料加热炉热负荷。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的煤和煤焦油混合加氢系统能够显著提高加氢深度，增加液化油产率，并能够有效避免壁相生焦，降低生焦总量20％-50％，实现装置长期稳定运行。本实用新型提供的煤和煤焦油混合加氢系统由于其悬浮床反应器采用鼓泡床反应器和强制循环悬浮床反应器相结合，能够减少20％-50％的气相产率，增加油品收率(轻质油品收率可达75％)，降低进料加热炉负荷，加热炉出口温度可降低30-70℃。附图说明图1为实施例1提供的处理煤和煤焦油混合悬浮床加氢的工艺方法流程图。其中：1，第一减压分馏装置；2，第一催化加氢反应装置；3，第一分离装置；4，第一分馏装置；5，悬浮床加氢反应器；6，第二分离装置；7，常压分馏装置；8，第二减压分馏装置；9，第三催化加氢反应装置；10，第三分离装置；11，第三分馏装置；12，磨煤系统；13，混捏机；14，膜分离装置。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。实施例1一种煤和煤焦油混合加氢系统，所述系统包括：氢气供给单元，用于供给氢气，包括氢气供给装置；煤供给单元，用于供给原料煤，包括煤供给装置；催化剂供给单元，用于供给加氢催化剂，包括催化剂供给装置；煤焦油分割单元，用于将煤焦油分割为第一轻组分、供氢溶剂前液和第一重组分；所述第一轻组分的沸点小于200℃，供氢溶剂前液的沸点为200-450℃，第一重组分的沸点大于450℃；包括煤焦油供给装置和第一减压分馏装置1，第一减压分馏装置1设置进料口、第一轻组分出口、供氢溶剂前液出口和第一重组分出口，煤焦油供给装置的出料口与第一减压分馏装置1的进料口相连；供氢溶剂制备单元，用于将供氢溶剂前液进行催化加氢反应得到沸点为200-450℃的供氢溶剂；包括第一催化加氢反应装置2、第一分离装置3和第一分馏装置4，所述第一催化加氢反应装置2的进料口分别与氢气供给装置和煤焦油分割单元的供氢溶剂前液出口相连，第一催化加氢反应装置2的反应产物出口与第一分离装置3的进料口相连，第一分离装置3设置氢气出口和液体出口，液体出口与第一分馏装置4的进料口相连，第一分馏装置4设置供氢溶剂出口；所述第一催化加氢反应装置2包括固定床加氢反应器；油煤浆制备单元，用于将第一重组分、供氢溶剂、催化剂和煤混合，得到油煤浆；包括混捏机13，所述混捏机13的进料口分别与第一重组分出口、供氢溶剂出口、催化剂供给装置的出口和煤供给装置的出料口相连；催化加氢反应单元，用于油煤浆与氢气的催化加氢反应，得到煤和煤焦油混合加氢产物；包括悬浮床加氢反应器5，所述混捏机13的出料口与悬浮床催化加氢反应器的底部相连；所述悬浮床加氢反应器5包括至少一个鼓泡床反应器和至少一个强制循环悬浮床反应器；所述煤供给装置与混捏机13之间还设置磨煤系统12。利用煤和煤焦油混合加氢的工艺包括如下步骤：(1)将煤焦油进行减压分馏，得到第一轻组分、供氢溶剂前液和第一重组分；其中，所述第一轻组分是沸点小于200℃的煤焦油馏分，供氢溶剂前液是沸点为200-450℃的煤焦油馏分，所述第一重组分是沸点大于450℃的煤焦油馏分；(2)将供氢溶剂前液在固定床反应器上进行催化加氢反应，将反应产物分离出氢气后分馏，得到沸点为200-450℃的馏分，即为供氢溶剂；(3)将供氢溶剂、煤、第一重组分和铁基催化剂混合，得到油煤浆；(4)将油煤浆与氢气进行催化加氢反应，得到煤和煤焦油混合加氢产物；其中，所述催化加氢反应为先进行变温催化加氢反应，再进行恒温催化加氢反应，所述催化加氢反应在悬浮床反应器上进行。进一步地，为了利用煤和煤焦油制备轻质油产品，所述煤和煤焦油混合加氢系统还包括后处理单元，用于将煤和煤焦油混合加氢产物进行后处理，得到轻质油产品；所述后处理单元包括第二分离装置6、常压分馏装置7、第二减压分馏装置8、第三催化加氢反应装置9、第三分离装置10和第三分馏装置11；第二分离装置6设置进料口、气体出口、第二轻组分出口和第二重组分出口，进料口与催化加氢单元的反应产物出口相连，第二轻组分出口与常压分馏装置7的进料口相连；第二重组分出口与第二减压分馏装置8的进料口相连；常压分馏装置7的第三轻组分出口、第二减压分馏装置8的第四轻组分出口以及煤焦油分割单元的第一轻组分出口分别与第三催化加氢反应装置9的进料口相连，氢气供给装置的出气口与第三催化加氢反应装置9的进气口相连；第三分离装置10设置进料口、氢气出口和液体出口，第三催化加氢反应装置9的反应产物出口与第三分离装置10的进料口相连；第三分离装置10的液体出口与第三分馏装置11的进料口相连，第三分馏装置11设置轻质油产品出口；所述第一分离装置3的氢气出口与第一催化加氢反应装置2和/或第三催化加氢反应装置9的气体进口相连；所述第二分离装置6的气体出口经膜分离装置14与催化加氢反应单元的进气口相连；所述第三催化加氢反应装置9包括固定床加氢反应器；所述第三分离装置10的氢气出口与第三催化加氢反应装置9的进气口和/或第一催化加氢反应装置2的进气口相连。所述第二减压分馏装置的第四轻组分出口还与供氢溶剂制备单元的进料口相连。利用上述系统制备轻质油产品的工艺，包括如下步骤：(5)将煤和煤焦油混合加氢产物分离，得到气相、第二轻组分和第二重组分；(6)第二轻组分经常压分馏，得到第三轻组分，第二重组分经减压分馏得到第四轻组分；(7)将所述第一轻组分、第三轻组分和第四轻组分混合，进行催化加氢反应，将得到的反应产物分离出氢气后分馏，得到轻质油产品。步骤(6)中的部分第四轻组分还可返回步骤(2)与供氢溶剂前液混合，用于催化加氢制备供氢溶剂，以确保供氢溶剂与煤、第二重组分的质量比。步骤(5)中的气相经提纯后得到纯净的氢气重新用于催化加氢反应，步骤(7)中分离出的氢气也可再用于催化加氢反应，以减少氢气的消耗，节约成本。实施例2利用实施例1所述的煤和煤焦油混合加氢系统制备轻质油产品，并使用实施例1所述的煤和煤焦油混合加氢工艺处理煤和煤焦油。所述原料煤的性质如表1所示。表1原料煤性质使用的原料煤焦油的性质如表2所示。表2原料煤焦油的性质煤和煤焦油混合加氢工艺使用的工艺条件如表3所示：表3工艺条件项目数值煤:煤焦油(质量比)0.5:1反应温度，℃450-460反应压力，MPa22空速，h-10.35氢油比，v/v1000催化剂使用量，占煤粉的质量wt％4供氢溶剂切割温度，℃330-420第一轻组分切割温度，℃＜330℃第一重组分切割温度，℃＞420℃其中，煤粉的粒度小于200μm，催化剂直径为10-50μm。反应持续稳定进行720h，分析测定轻质油品收率为75％，说明本实用新型能够有效的进行煤和煤焦油混合加氢制取轻质油品，工艺过程简单可行，装置高效稳定。对比例1除不使用供氢溶剂外，其余与实施例2相同。结果为：反应持续稳定进行720h，分析测定轻质油品收率为45％。对比例2除不对供氢溶剂前液进行催化加氢外，其余与实施例2相同。结果为：反应持续稳定进行720h，分析测定轻质油品收率为52％。申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属
技术领域：
的技术人员应该明了，任何属于本
技术领域：
的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。当前第1页1 2 3