本发明属于石油化工及煤化工技术领域，尤其涉及一种高匹配性油煤浆的配制方法。
背景技术：
煤油共炼技术是将煤与重油共加氢制取清洁燃料油的工艺技术，其总体目标是在煤液化的同时将重油提质，是目前研究的热点。在煤油共炼过程中，煤与重油、催化剂等首先要配制成油煤浆，然后通过泵输送进入反应器进行共加氢反应。但是，并非所有的煤种和重油都适用于煤油共炼技术，其中煤与重油之间会存在匹配性的问题。若煤与重油的匹配性较差，则会出现煤与重油分层的现象，将油煤浆沉积于反应器内，使其由于局部过热而造成结焦等问题，且煤和重油的协同作用也受到较大影响。因此，如何提高煤与重油的匹配性是制约煤油共炼技术进一步发展的关键问题之一。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种高匹配性油煤浆的配制方法，所要解决的技术问题是通过该方法配制的油煤浆具有高匹配性，能够避免油煤浆中的煤与重油在预热器或反应器中发生分层的现象，使油煤浆沉积并因局部过热而造成结焦的问题，同时高匹配性的油煤浆能够充分发挥煤和重油之间的协同作用，提高煤和重油的转化率及油收率，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种高匹配性油煤浆的配制方法，其包括以下步骤：
1)煤洗选、破碎和干燥，将干燥后的煤磨成煤粉；
2)将煤粉与重油按一定比例混合；
3)加入催化剂，搅拌，制成油煤浆；
其中，所述的煤符合以下要求：
以质量百分含量计，其无水无灰基挥发分≥37％；其氢、碳原子的个数比≥0.75；其去矿物基惰质组含量≤20％；其镜质体反射率rmax≤0.65；
所述的重油选自石油基重油和/或煤基重油，其符合以下要求：
以质量百分含量计，其灰分≤1.0％；其石油基重油的机械杂质含量≤0.6％和/或煤基重油的甲苯不溶物含量≤9.0％；在100℃时其动力黏度≤1500mpa·s；其氢、碳原子的个数比为0.7～1.70；其芳香度大于0.20。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中以干燥基质量百分含量计，步骤1)洗选后煤的灰分≤12％。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中以干燥基质量百分含量计，步骤1)干燥后煤的水分≤4％。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的煤粉的粒径≤0.15mm。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的煤选自褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤或气煤中的至少一种。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的石油基重油选自页岩油、重质原油、稠油、催化裂化油浆、渣油中的至少一种；
所述的煤基重油选自高温煤焦油、中温煤焦油、低温煤焦油或气化焦油中的至少一种。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中以质量百分含量计，所述的油煤浆中煤粉的含量为20％～50％。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的搅拌为使用搅拌桨机械搅拌或者使用泵循环流动搅拌，搅拌时间≥0.5h。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中将所述的重油预加氢；所述的预加氢的反应温度为370～430℃，氢分压为12～19mpa，气液体积比为600～1200，空速为0.5～1.0h-1。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其还包括以下步骤：
所述的油煤浆加氢反应，获得的产物中包括350～525℃的重馏分油；
将所述的重馏分油与所述的重油混合，再与煤粉按一定比例混合，配制新的油煤浆；
以质量百分含量计，所述的重馏分油的添加量为5％～35％。
借由上述技术方案，本发明提出的一种高匹配性油煤浆的配制方法至少具有下列优点：
1、本发明提出的高匹配性油煤浆的配制方法，通过对煤种及其性质进行限定，保证了煤在反应过程可以达到较高的转化率和油收率；
2、本发明提出的高匹配性油煤浆的配制方法，通过对煤进行洗选降低其灰分，减轻了反应器的非生产负荷，减缓了设备的磨损，降低了因灰分夹带出的产品油量，从而提高了油收率；
3、本发明提出的高匹配性油煤浆的配制方法，通过对重油性质进行限定及预加氢，增强了重油对煤的溶解能力，提高了其供氢性能，降低了油煤浆的黏度，加快了反应体系的传质和传热，从而使煤和重油均能达到较高的转化率；
4、本发明提出的高匹配性油煤浆的配制方法，可根据不同工艺技术的需要，将多种煤粉和多种重油按比例进行混合，实现均一、稳定的油煤浆配制。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种高匹配性油煤浆的配制方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提出一种高匹配性油煤浆的配制方法，其包括以下步骤：
1)煤洗选、破碎和干燥，将干燥后的煤磨成煤粉；
2)将煤粉与重油按一定比例混合；
3)加入催化剂，搅拌，制成油煤浆；
其中，所述的煤符合以下要求：
以质量百分含量计，其无水无灰基挥发分≥37％；其氢、碳原子的个数比≥0.75；其去矿物基惰质组含量≤20％；其镜质体反射率rmax≤0.65；
所述的重油选自石油基重油和/或煤基重油，其符合以下要求：
以质量百分含量计，其灰分≤1.0％；其石油基重油的机械杂质含量≤0.6％和/或煤基重油的甲苯不溶物含量≤9.0％；在100℃时其动力黏度≤1500mpa·s；其氢、碳原子的个数比为0.7～1.70；其芳香度大于0.20。
上述的油煤浆匹配性，涉及油煤浆的稳定性、可输送性和反应性三个方面。
在煤油共炼技术中，由于煤粉是固体颗粒，必须与重油配成油煤浆才能输送，为了保证可输送的油煤浆性质基本一致，首先要保证油煤浆的均一、稳定；其次，为了便于泵输送、传质和传热，油煤浆黏度一般不超过1500mpa·s；再次，煤与重油并非完全各自独立反应，而是具有较强的交互作用。一方面，重油对煤的反应有促进作用。重油在高温下使煤受热溶解并溶解氢气，这样有利于氢、煤和催化剂的接触，促进了煤的热裂解和加氢反应的进行。而煤的热裂解和加氢能促使煤的桥键打开，生成自由基碎片；同时，重油对自由基碎片又能起到稀释作用，以减少缩聚反应。所述的自由基碎片与重油分子反应或与重油供给(或传递)的活泼氢结合，生成稳定的小分子，提高了煤液化产率。此外，重油中含有的ni、v等过渡金属也是煤液化过程的良好的催化剂。另一方面，煤和灰分又能对重油的改质起到催化作用，能促使重油轻质化，防止重油结焦，加速重油中硫、砷等化合物或基团的化学键氢化断裂，形成硫化氢、砷化氢而逸出，使重油中的有害杂质得以脱除；同时被液化后的多孔性残煤孔隙能够吸附重油中的重金属等杂质，从而提高了重油中金属的脱除率，使重金属含量高、难加工的各种重油改质成轻质油品。可见，高匹配性油煤浆的配制方法，一方面能够避免煤和重油的分层沉积结焦的问题，还容易泵送，同时又能使前述的协同反应效果更好，使煤和重油均获得高转化率和油收率。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中以干燥基质量百分含量计，步骤1)洗选后煤的灰分≤12％。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中以干燥基质量百分含量计，步骤1)洗选后煤的灰分≤8％。
所述的煤所包含的灰分含量越低越好。本发明的技术方案通过对煤进行洗选，降低了煤包含的灰分，从而减轻了反应器的非生产性负荷，减缓了设备的磨损，降低了因灰分而夹带出的产品油量，进一步提高了油收率。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中以干燥基质量百分含量计，步骤1)干燥后煤的水分≤4％。
所述的煤所包含的水分在油煤浆的配制过程及反应过程中起负面作用，主要体现在：水分过高不利于将煤磨成煤粉；同时，水分也会降低反应过程的氢分压，降低反应器的处理能力，且也会增加废水的产量等，因此在步骤1)的煤干燥过程需要严格控制水分的含量。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的煤粉的粒径≤0.15mm。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的煤粉的粒径≤0.074mm。
单从油煤浆的匹配性方面考虑，所述的煤粉的颗粒越小，则煤粉越不容易沉降，使得油煤浆的黏度有所增加，从而提高油煤浆的匹配性；优选煤粉的颗粒粒径≤0.15mm；进一步的，煤粉的颗粒粒径≤0.074mm。
但是，煤粉的颗粒越小，则将煤磨成煤粉的成本会越高，对于油煤浆的生产成本比较不利，因此在满足油煤浆的高匹配性的基础上，综合考虑生产成本及油煤浆的黏度两方面的平衡，适当控制煤粉的粒径。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的煤选自褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤或气煤中的至少一种。
所选用的煤氧含量越低越好，原因在于虽然煤中所包含的氧可以促进加氢反应的发生，但是该氧元素会大量消耗体系中的氢，生成副产物水。一方面，大量消耗氢，会造成很大的原材料成本浪费，且所生成的副产物水非目标产物，需要进行后处理将其除去，也会产生较大的成本浪费，因此本发明的技术方案所选用的煤的氧含量要求越低越好。一般地，褐煤的氧含量不高于20％(质量分数，干燥无灰基)；长焰煤、不粘煤、弱粘煤和气煤中的氧含量不高于15％(质量分数，干燥无灰基)。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的石油基重油选自页岩油、重质原油、稠油、催化裂化油浆、渣油中的至少一种；
所述的煤基重油选自高温煤焦油、中温煤焦油、低温煤焦油或气化焦油中的至少一种。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的重油的水分含量一般≤4.0％。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中以质量百分含量计，所述的油煤浆中煤粉的含量为20％～50％。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中所述的搅拌为使用搅拌桨机械搅拌或者使用泵循环流动搅拌，搅拌时间≥0.5h。
所述的搅拌旨在防止油煤浆的沉积，以保证油煤浆的浆体均匀性。油煤浆需要不停地用搅拌桨搅拌或者用泵进行循环流动。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中将所述的重油预加氢；所述的预加氢的反应温度为370～430℃，氢分压为12～19mpa，气液体积比为600～1200，空速为0.5～1.0h-1。
所述的空速是指在规定的条件下，单位时间、单位体积的催化剂所处理的气体量，单位为m3/(m3催化剂·h)，可简化为h-1。
所述的重油预加氢可以提高重油的供氢性，从而进一步降低油煤浆的黏度。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其还包括以下步骤：
所述的油煤浆加氢反应，获得的产物中包括350～525℃的重馏分油；
将所述的重馏分油与所述的重油混合，再与煤粉按一定比例混合，配制新的油煤浆；
以质量百分含量计，所述的重馏分油的添加量为5％～35％。
将煤与重油共加氢反应，得到汽油、柴油、蜡油(350～525℃的馏分)等产品。经过研究发现，将此蜡油部分添加至新的油煤浆中，可以降低油煤浆的黏度，且其与煤、重油的组成相似，根据相似相容的原理，其可以提高煤与重油的互溶，使其更容易彼此互溶为一个共存体，可以进一步降低油煤浆的黏度，便于泵送，且进一步强化煤与重油的协同作用，促进加氢反应，提高煤转化率、重油转化率和油收率。
优选的，前述的高匹配性油煤浆的配制方法，其中加氢反应所选用的催化剂可以是fe催化剂、mo催化剂、ni/mo复合催化剂。
下面通过更为具体的实施例做进一步说明。其中，表1为下述各实施例及对比例中所用的煤种列表，表2为下述各实施例及对比例中所用的重油列表。
表1实施例及对比例所用的煤种列表
注：表中的灰分均为洗选后的灰分。
表2实施例及对比例所用的重油列表
实施例1
将洗选后的1#煤干燥至水分为3.0％，然后破碎并磨成0.074mm以下的煤粉，将煤粉与1#重油按质量比4:6混合，并加入1％(以煤和重油的总量为基准)的fe催化剂，在120r/min的搅拌桨下搅拌45min，取出部分油煤浆在90℃下静置30min，未发现煤粉颗粒沉降现象。
上述方法所配制的油煤浆黏度为673mpa·s(90℃)，将此油煤浆进行加氢反应，本实施例的油煤浆性能及加氢反应的结果见表3。
实施例2
将洗选后的2#煤和3#煤按质量比5:5混合并干燥至水分为2.1％，再将其破碎并磨成0.15mm以下的煤粉。
将3#重油在氢分压17mpa、温度430℃下进行预加氢，将预加氢后的3#重油进行蒸馏得到大于350℃重馏分油。
然后将煤粉与3#重油预加氢得到的大于350℃重馏分油按3:7混合，加入1％(以煤和重油的总量为基准)的fe催化剂，在120r/min的搅拌桨及下搅拌60min，同时伴有泵的循环流动，取出部分油煤浆在90℃下静置30min，未发现煤粉颗粒沉降现象。
上述方法所配制的油煤浆黏度为648mpa·s(90℃)，将此油煤浆进行加氢反应，本实施例的油煤浆性能及加氢反应的结果见表3。
实施例3
将洗选后的4#煤干燥至水分为3.5％，在将其破碎并磨成0.15mm以下的煤粉，将煤粉与2#重油及5#重油按4:3:3比例混合，加入200mg/kg的mo催化剂，在70r/min的搅拌桨及下搅拌120min，同时伴有泵的循环流动，取出部分油煤浆在90℃下静置30min，未发现煤粉颗粒沉降现象。
上述方法所配制的油煤浆黏度为975mpa·s(90℃)，将油煤浆进行加氢反应，本实施例的油煤浆性能及加氢反应的结果见表3。
实施例4
将洗选后的4#煤和5#煤按质量比6:4混合并干燥至水分为0.7％，在将其破碎成0.074mm以下的煤粉，将煤粉与4#重油及加氢反应产生的重馏分油(370～500℃)按4:4:2比例混合，加入200mg/kg的ni/mo复合催化剂，在100r/min的搅拌桨及下搅拌100min，同时伴有泵的循环流动，取出部分油煤浆在90℃下静置30min，未发现煤粉颗粒沉降现象。
上述方法所配制的油煤浆黏度为457mpa·s(90℃)，将油煤浆进行加氢反应，本实施例的油煤浆性能及加氢反应的结果见表3。
对比例
将洗选后的5#煤干燥至水分为0.7％，在将其破碎并磨成0.074mm以下的煤粉，将煤粉与4#重油按4:6比例混合，加入200mg/kg的ni/mo复合催化剂，在100r/min的搅拌桨及下搅拌15min，取出部分油煤浆在90℃下静置30min，有煤粉颗粒沉降现象发生。
上述方法所配制的油煤浆黏度为1157mpa·s(90℃)，将油煤浆进行加氢反应，本对比例的油煤浆性能及加氢反应的结果见表3。
本发明中的油煤浆加氢反应，其煤转化率、重油转化率、油收率分别按照以下方法测试并计算：
煤转化率＝(反应前无水无灰基煤重量-反应后无水无灰基煤重量)/反应前无水无灰基煤重量×100％；
>525℃重油转化率＝(反应前>525℃重油重量+反应前无水无灰基煤重量-反应后>525℃重油重量-反应后无水无灰基煤重量)/(反应前>525℃重油重量+反应前无水无灰基煤重量)×100％；
油收率＝反应得到的<525℃馏分油/(反应前>525℃重油重量+反应前无水无灰基煤重量)。
所述的油煤浆的匹配性高，主要体现在三个方面：一是油煤浆的稳定性好，不容易出现煤粉颗粒沉降的现象；二是油煤浆黏度要适中，以方便油煤浆的泵送、传质和传热；一般通过油煤浆的黏度进行表征；三是将高匹配性油煤浆泵送至反应器进行加氢反应时，会强化煤与重油间的协同作用，从而提高煤转化率、重油转化率以及油收率。
表3油煤浆性能及加氢反应的结果
通过比较本发明的实施例1至实施例4以及对比例配制的油煤浆黏度及其稳定性，并将油煤浆进行加氢反应，测试各反应的煤转化率、重油转化率和油收率。
如上述表3所示的数据，由所得的性能数据可见，实施例1至4所用的煤均符合本发明技术方案所述的指标要求，通过对煤和重油及油煤浆制浆条件的综合调控，可以提高油煤浆的稳定性、可输送性及反应性，使煤的转化率高于90％，>525℃重油转化率高于80％，油收率超过70％；而对比例中，煤的挥发分较低、惰质组含量较高，重油黏度较大，且制浆时间短，多种因素的作用最终导致所述的油煤浆的黏度较大，油煤浆的稳定性较差，且在加氢反应中的煤转化率、重油转化率及油收率均较低。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。