煤产品及其制备方法与流程

发明背景

本发明涉及来自固体与液体烃类的组合产品领域，特别是煤与原油的组合，以产生可以进行进一步精制和加工的组合产品。特别地，本发明涉及向原油精炼过程中引入固体烃类(如煤)以升级固体烃并替代精炼料流中的一部分原油的领域。

煤粉和超细粉，包括微粉，是在采矿和制备过程中由较大的煤块生成的小颗粒煤。虽然煤粉保留了与煤相同的能源潜力，但是它们通常被认为是废品，因为该产品的颗粒性质令其难以销售和运输。煤粉因此通常作为弃土被丢弃，在煤矿附近形成大的废物堆，或容纳在大型废物池中，其在未来需要仔细的管理以避免环境污染或甚至对人类生命的威胁，如1966年southwales，uk的aberfan灾害所展示的那样。

尽管如此，煤粉确实提供了廉价和丰富的尤其富含碳的烃类供应。已知向燃油中添加煤粉在水中的浆料以升级煤粉产品并降低每单位体积混合燃油的成本(参见例如us5096461、us5902359和us4239426)。但是，在其自然状态下，煤粉通常含有显著含量的成灰组分，这使其不适于与原油混合。此外，煤粉中存在的水的量(大约35％质量或％m)对于在原油中使用也是不合意的。此外，煤粉的硫含量与原油的硫含量相当，但是低硫原油比高硫原油更有价值，因此减少与原油一起使用的煤中的硫的任何方法都是合意的。选择具有低矿物质含量的煤粉是改善这些问题的一种可能性，并可以通过粉碎和研磨所选择的煤层以获得具有固有的低矿物质含量(例如＜5％m)的煤层煤来制造，但是这在很大程度上限制了可以使用的煤的类型。

原油被归类为化石燃料，并且是不可再生的能源。此外，虽然油价相当不稳定，获自原油的精炼产品总是明显更为昂贵。其中可以将原油与廉价废弃材料(如煤粉)混合以扩展原油的有限储备以及所得精炼馏分油产品的方法将是非常合意的。

基于本文中提供的教导，本发明的这些和其它用途、特征与优点对本领域技术人员而言将是显而易见的。

us5503646涉及原油-煤混合物的固-液提取，重点在于升级的煤产物，并且针对低级煤(褐煤和次烟煤)。us5503646采用粗煤颗粒(150-250微米(μm))和固-液提取技术从加热浆料中分离固体产物。us5503646不使用蒸馏。

us5096461、us5902359、us4239426和us4309269均涉及用于煤与原油以及水的混合物的方法，以便能够实现煤的管道运输。us4309269涉及在原油-煤浆料中溶解煤，尽管在高压下。

us4900429描述了通过加氢裂化重油、粉碎的煤和热解煤挥发物来制造合成的粗产物的方法。

jps54129008、jps5636589和jps5798595涉及原油和粉煤(粒度50-100μm)与表面活性剂的稳定分散体。jp2000290673和us7431744涉及通过以浆料或团块形式添加原油来提高煤的热值的方法。

curtis，c.w.等人(evaluationofprocessparameterforcombinedprocessingofcoalwithheavycrudesandresidua(ind.eng.chem.processdes.dev.，1985，24，1259))覆盖了在375-475℃的温度下共同处理煤和石油原油/渣油，但是需要高压氢并使用催化剂。馏分是溶剂提取的而不是蒸馏的。cn105567321和cn101649220提供了使用原油作为液化溶剂的煤液化技术的其它变体，但是需要催化高压氢化装置。所得产物是溶剂提取的，而不是蒸馏的。这些方法是能量密集型的，并依赖于氢气氛和催化剂的存在——如果不存在的话将严重降低煤的转化率，使得升级产物的产率低到在商业上不可行。

britishcoalcorporation，cec报告eur18247(improvementstodirectcoalliquefaction，1999，isbn92-828-5444-2)涉及通过与氢化蒽油溶剂共同精制来直接液化煤。

bartle，k.e.和taylor，n.cec报告eur13168(co-refiningofcoalandpetroleum，1991，isbn92-826-2220-7)涉及通过与重质石油衍生馏分共同精制并在一段式催化加氢液化条件下的煤的直接液化。

本发明解决了现有技术中存在的问题，尤其是减少了对作为有价值的石化产品来源的原油的依赖，以及改变和扩大了可获自粗烃类底物的有价值馏分的范围。

发明概述

因此，在第一方面，本发明提供了制造分馏产物的方法，其包括以下步骤：

(i)提供固体烃类材料，其中该材料为颗粒状形式，并且其中至少约90％体积(％v)的颗粒的直径为不大于约500μm；

(ii)将固体烃类材料与未精制的液体烃类材料合并以生成合并的固-液混合物；和

(iii)分馏合并的固-液混合物以产生一种或多种分馏产物。

通常，该固体烃类材料包含煤，所述煤任选是超细煤，并且所述煤合适地由微粉煤组成。当所述煤是超细煤时，通常至少95％体积(％v)、任选98％v、合适地99％v的颗粒的直径为不大于约500μm。在本发明的一个实施方案中，该超细煤包含颗粒，其中至少95％v、任选98％v、合适地99％v的颗粒的直径通常为不大于约250μm。

在本发明的一个具体实施方案中，所述煤包含微粉煤，其包含颗粒，其中至少95％v、任选98％v、合适地99％v的颗粒的直径通常为不大于约100μm、任选约50μm和更任选约20μm。在再一个实施方案中，至少95％v的颗粒的直径为小于10μm。

根据本发明的一个实施方案，固体烃类材料在步骤(i)之前经受一个或多个脱水步骤。

根据本发明的另一个实施方案，固体烃类材料在步骤(i)之前经受至少一个灰分去除(例如脱矿物质)步骤。

在本发明的一个特定实施方案中，该固体烃类材料包含因其低的固有含灰量而被选择的煤。在实施方案中，煤具有小于20％质量(％m)、合适地小于10％m、任选小于5％m的固有含灰量。

在本发明的一个具体实施方案中，未精制的液体烃类材料包含原油或基本由原油组成。合适地，该原油是低硫原油。任选该原油是含硫原油。

在本发明的另一个实施方案中，将该固体烃类材料与该液体烃类材料合并以生成基于合并的固-液混合物的总质量包含至多约60％m(60％质量)的固体烃类材料的固-液混合物。合适地，该合并的固-液混合物基于合并的固-液混合物的总质量包含至多约40％m、任选至多约30％m、通常至多约20％m的固体烃类材料。合适地，该合并的固-液混合物基于合并的固-液混合物的总质量包含至少约0.01％m、任选至少约0.1％m、通常至少约1％m的固体烃类材料。在本发明的一个具体实施方案中，该合并的固-液混合物基于合并的固-液混合物的总质量包含至少约10％m的固体烃类材料。

在本发明的一个实施方案中，该分馏包括在大气压下或大气压附近蒸馏。任选地，蒸馏还在减压下进行。在本发明的一个实施方案中，通过蒸馏进行的分馏在大气压下进行，随后在减压下进行。

根据本发明的实施方案，该方法的一种或多种分馏产物包含获自固体烃类材料与未精制的液体烃类材料的馏分油产物。该低级馏分油产物合适地包含选自以下的至少一种：汽油；石脑油；煤油；和柴油。

本发明的一个具体实施方案规定，该方法的一种或多种分馏产物包含来自固体烃类材料与未精制的液体烃类材料的中间馏分油产物。该中间馏分油产物合适地包含选自以下的至少一种：船用柴油；轻质减压瓦斯油；和重质减压瓦斯油.。在再一个实施方案中，本发明规定，该方法的一种或多种分馏产物包含来自固体烃类材料与未精制的液体烃类材料的减压渣油。该减压渣油合适地包含柏油和/或沥青。

在本发明的一个具体实施方案中，该合并的固-液混合物产物进一步包含分散剂添加剂。

在本发明的又一个实施方案中，该方法提供了总馏分油馏分方面至少1％v、合适地至少2％v和任选至少3％v的提高，所述提高通过与其中固体颗粒状材料为惰性的同等固液混合物进行比较来确定。

本发明的第二方面提供了可以通过本文中所述方法获得或已经获得的分馏产物。

本发明的第三方面提供了运行分馏器的方法，该方法包括：

合并煤粉材料(其中该材料为颗粒状形式，并且其中至少约95％v的颗粒的直径为不大于约500μm)与原油以产生合并的固-液混合物，

其中该合并的固-液混合物基于合并的固-液混合物的总质量包含至少约0.01％m和至多约60％m的煤粉材料；

在大气压下或大气压附近，将合并的固-液混合物引入分馏塔中，或在分馏塔中原位合并煤粉材料与原油；和

提高分馏塔温度以进行合并的固-液混合物的分馏，从而生成一种或多种分馏产物。

在进一步的实施方案中，一种或多种分馏产物经受减压下的进一步分馏以生成一种或多种减压(例如真空)分馏产物。

本发明的第四方面提供了合并的固-液混合物产物，其包含脱水的超细煤制剂以及原油，其中脱水的超细煤制剂的特征在于至少95％、任选98％、合适地99％的颗粒的直径为不大于约500μm，并且其中该固-液混合物基于合并的固-液混合物的总质量包含至多约60％m的脱水超细煤。

在本发明的一个实施方案中，该合并的固-液混合物产物包含超细煤，其包括颗粒，其中通常至少95％、任选98％、合适地99％的颗粒的直径为不大于约250μm。

在本发明的一个具体实施方案中，该脱水超细煤包含微粉煤，其包含颗粒，其中通常至少95％、任选98％、合适地99％的颗粒的直径为不大于约100μm、任选大约50μm和更任选大约20μm的颗粒。

根据本发明的一个具体实施方案，该脱水超细煤制剂包含低的固有含灰量。合适地，基于合并的固-液混合物的总质量，该含灰量小于该超细煤制剂的约20％m；基于合并的固-液混合物的总质量，任选小于约15％m，合适地小于约10％m，通常小于约5％m。在本发明的一个实施方案中，在固-液混合物产物中的合并之前，使该脱水超细煤制剂经受脱灰分步骤。

本发明的第五方面提供了本文中所述的合并的固-液混合物产物在用于生成一种或多种分馏产物的分馏过程中的用途。

应当理解，可以对本发明进行上文中未明确提及的所公开的特征的进一步组合。

附图说明

通过参考附图进一步描述本发明，其中；

图1图示了表4中各样品的馏分油产物的测量的质量百分比回收率(实线)与预测的(如果挥发性组分未从煤中释放)回收率(虚线)的比较。测量值对预测值的向左偏移表明，与预期的相比已经回收了额外的馏分油产物。

图2是显示通过激光散射测定的示例性煤样品7(一种澳大利亚高挥发性烟煤)的粒度分布的图，其显示了特征尺寸参数：d50、d90、d95、d98和d99。

发明详述

本文中引用的所有参考文献经此引用全文并入本文。除非另行限定，所有技术和科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。

在一个实施方案中，本发明涉及将脱矿物质(脱灰分)、脱水(脱水合)的煤颗粒材料(例如粉末)——通常在工业上称为“细粉”(通常的粒度＜1.0mm)，合适地选自以下的至少一种：“超细粉”(通常的粒度＜0.5mm/500μm)和“微粉”(通常的粒度＜20μm)——与原油混合以制造合并的混合产物。该概念进一步延伸至该混合产物的用途，包括制备分馏产物的方法，以及由该混合产物制得的产物；尤其是来自通过蒸馏进行的分馏的产物。

在更详细地阐述本发明之前，提供了许多有助于理解本发明的定义。

本文中所用的术语“包含”是指必须包括任何所述要素，并且也任选可以包括其它要素。“基本由......组成”是指必须包括任何所述要素，不包括可能明显影响所列举的要素的基本和新颖特性的要素，并可以任选包括其它要素。“由......组成”是指除了列举的那些之外的所有要素均被排除。由这些术语的每一个限定的实施方案落入本发明的范围内。

术语“煤”在本文中用于描述容易燃烧的沉积矿物衍生的固体烃类材料，包括但不限于硬煤，如无烟煤；烟煤；次烟煤；以及褐煤(browncoal)，包括褐煤(lignite)(如iso11760：2005中所定义)。

本文中所用的术语“灰分”是指在大多数类型的化石燃料中发现的，尤其是在煤中发现的无机——例如非烃类——矿物组分。灰分包含在煤燃烧后留下的固体残渣中，有时被称为飞灰。由于煤的来源和类型变化很大，因此灰分的组成和化学性质也如此。但是，典型的灰分内容物包括几种氧化物，如二氧化硅、氧化钙、氧化铁(iii)和氧化铝。取决于其来源，煤可以进一步以痕量包括一种或多种可能包含在后续灰分中的物质，如砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒。

本文中所用的术语“脱灰煤”或“低灰煤”是指成灰组分的比例低于其自然状态的煤。相关术语“脱矿物质煤”在本文中用于指与其自然状态相比具有降低比例的无机矿物质的煤。术语“脱灰煤”和“脱矿物质煤”也可分别用于指具有低的天然存在的成灰组分或矿物质比例的煤。

本文中所用的术语“煤粉”是指颗粒状形式的煤，最大粒度通常小于1.0mm。术语“超细煤粉”或“超细煤”或“超细粉”是指最大粒度通常小于0.5mm的煤。术语“煤微粉”或“微粉煤”或“微粉”是指最大粒度通常小于20μm的煤。

本文中所用的术语“水含量”是指样品中水的总量，并表示为浓度或质量百分比(％m)。当该术语是指煤样品中的水含量时，其包括煤的固有或残余水含量，以及从环境中吸收的任何水或水分。本文中所用的术语“脱水煤”是指水的绝对比例低于其自然状态的煤。术语“脱水煤”还可用于指具有低的天然存在比例的水的煤。

术语“原油”在本文中用于指地质衍生的液体烃类石油。原油可以被称为未精制油。本文中所用的术语“精制”是指从物质，例如原油中除去杂质或不想要的元素的任何过程。与物质相关的术语“粗”或“未精制”因此是指尚未精制、或分离、或提纯、或进一步提纯以提供更纯净的物质的任何物质。术语“原油”或“未精制油”可以涉及处于提取状态的油，并还将理解为包括已经施以水-油分离和/或气-油分离和/或脱盐和/或稳定化的油。任何原油适于作为本发明的方法的源材料，包括阿拉伯重质油、阿拉伯轻质油、其它海湾原油、布伦特原油、北海原油、北非和西非原油、印尼、中国的原油以及其混合物，并还包括页岩油、凝析油、焦油砂、气体凝析油和生物基油。原油可以获自多种天然来源，包括但不限于：钻入岩层；压裂；和/或油砂开采。“低硫原油”是一类石油。newyorkmercantileexchange指定具有低于0.42％m的硫的石油为低硫原油。含有更高水平的硫的石油被称为“含硫原油”。

术语“分馏”在本文中用于指将混合物分离成不同的部分。术语“分馏”将涵盖在相变过程中将一定量的混合物(气体、固体、液体或悬浮液)分离为许多更小的量(其中组成按照梯度改变)的分离方法。分馏包括“分级蒸馏”，其是基于其沸点的差异将混合物分离为其组分部分，或馏分。任何来自分馏技术的蒸馏输出产物可以被称为“分馏产物”。来自常压分级蒸馏的粘性残余物可以用作原料(以便经由真空蒸馏进一步升级)、燃料组分、或沥青馏分。馏分或分馏产物具有较少的组分，或者比衍生它们的未精制产物更纯。通常，原油的常压蒸馏在大约300至大约350℃的温度下在大气压下或在大气压附近完成。常压渣油可以随后送入真空蒸馏装置，该装置在大约350℃下以大约40mmhg(大约53毫巴)的真空运行。

本文中所用的术语“分散剂添加剂”是指添加到混合物中以促进分散或使分散颗粒保持悬浮的物质。

本文中所用的术语“烃类材料”是指含有烃类的材料；烃类是基本上由元素氢和碳组成的有机化合物。烃类材料可以包含脂族以及芳族烃类。

原油价格昂贵，并且是不可再生的能源。煤粉通常被认为是废弃物，价格低廉，供应充足。本发明的实施方案解决的一个问题是提供分馏的化石燃料衍生产物的改进来源。令人惊讶地，所提供的混合的煤-原油产物可以通过蒸馏施以分馏以产生比现有替代品廉价但仍满足所需产品和环境排放标准的所得馏分油产物。当混合物中每单位体积的原油量降低时，该方法令使用者可以使用先前被视为煤炭开采的废弃副产物的更便宜的烃源来“扩展(stretch)”其现有的原油供应。

先前已经研究了将煤转化为液体烃产物的方法：这些主要涉及在高于400℃的温度下在压力下在氢或氢供体溶剂如四氢化萘(1，2，3，4-四氢萘)的存在下溶剂提取煤。在ejinhorobanner，ordos，innermongolia，china，这导向了几项中试规模的开发和至少一个采用shenhua工艺的大规模运行工厂。但是，对该工艺的开发涉及非常大的资本投资和高的相关运行成本。

涉及煤热解的传统煤炭碳化和汽化的工艺还会导致煤焦油和液体烃产物的收集和蒸馏。

此前不知道原油与煤粉(特别是包含微米和纳米级煤颗粒)的共同蒸馏将在远低于400℃的温度下提供大量有价值的馏分油产物。这些量在可归属于蒸馏原油组分的那些馏分油产物之外，因此可归因于煤的存在。

不希望受理论的束缚，要理解的是，当蒸馏与原油混合的煤粉时，热解过程中生成的任何煤焦油和液体与来自原油的传统馏分油馏分一起冷凝。此外，在原油中存在各种烃物质(其可以充当促进煤聚合结构分解的氢供体)可提高可冷凝烃类的生成。利用现有的工艺设备(即炼油厂常压蒸馏器和真空蒸馏器)以从煤中生成此类烃类和热解焦油避免了对主要的新制造设备的大规模投资。这代表了本发明在经济方面的显著优点。

虽然本发明涵盖了蒸馏与任意规格的煤粉混合的原油以制造馏分油产物。本发明的一个实施方案涉及蒸馏与煤粉混合的原油，其中该煤粉具有一定规格，特别是水含量和含灰量，其在蒸馏后提供满足对这些产品的适当的产品与环境排放标准的馏分油产物。满足或超出对该产品类型的所需规格的馏分油产物具有更高的价值，并因此令整体工艺在商业上更具可行性。

最近开发的煤粉处理已经可以获得具有低水含量(＜15％m，合适地＜3％m)和低含灰量(＜10％m，合适地＜2％m)的微粉煤产物。脱矿物质的工艺也经由去除黄铁矿对硫含量具有有益效果。通常经由泡沫浮选分离(专门设计用于超细粉和微细颗粒)加机械和热脱水技术的组合实现煤粉的脱矿物质和脱水。在us-2015/0184099中提供了用于生产脱水的超细煤粉的典型方法，其描述了振动辅助真空脱水工艺。但是，应当理解的是，在本领域中还存在多种其它合适的脱水工艺，例如，以在烃载体中包含煤粉颗粒的滤饼形式提供煤，水已经通过使用一种或多种亲水性溶剂除去。

认为本发明涵盖适于与原油一起蒸馏的煤粉的任何粒度。合适地，该煤粉的粒度在超细范围内。最适当地，该煤粉的粒度在微细范围内。具体而言，最大平均粒度可以为至多500μm。更合适地，最大平均粒度可以为至多300μm、250μm、200μm、150μm或100μm。最合适地，最大平均粒度可以为至多50μm、40μm、30μm、20μm、10μm或5μm。最小平均粒度可以为0.01μm、0.1μm、0.5μm、1μm、2μm或5μm。因此，在特定实施方案中，本发明包括使用平均粒度在亚微米范围内的纳米级煤粉。

另一种粒度测量方法是引用最大粒度和低于该粒度的样品体积比例的百分比值或“d”值。对本发明而言，适于与原油一起蒸馏的煤粉的任何粒度均被认为被本发明涵盖。合适地，该煤粉的粒度在超细范围内。最适当地，该煤粉的粒度在微细范围内。具体而言，最大粒度可以为至多500μm。更合适地，最大粒度可以为至多300μm、250μm、200μm、150μm或100μm。最合适地，最大粒度可以为至多50μm、40μm、30μm、20μm、10μm或5μm。最小粒度可以为0.01μm、0.1μm、0.5μm、1μm、2μm或5μm。任何“d”值可以与这些粒度相关。合适地，与任何上述最大粒度相关的“d”值可以是d99、d98、d95、d90、d80、d70、d60或d50。

根据本发明的一个具体实施方案，提供了在分馏前，在原油中混合(即悬浮)脱水、脱矿物质的微粉煤的固体颗粒物质的过程。在大致或略高于大气压下分馏并随后在减压下分馏时，以明显高于通过蒸馏单独的原油组分所获量的量制得有价值的低级馏分油产物(石脑油：沸程85-177℃；煤油：沸程177-232℃；柴油：沸程232-343℃)。这些低级馏分油产物因此衍生自微细和/或超细煤的存在。

因此，根据下文中更详细描述的本发明的一个具体实施方案，原油/微粉煤分散体在环境温度或提高温度下泵送经过脱盐和预热工艺装置并随后泵送到通常在大气压下或大气压附近的分馏塔中。来自常压蒸馏阶段的所得残余物随后转移到真空蒸馏设备中并进一步分馏。来自常压和减压蒸馏工艺的馏分油馏分可以用作最终油产物的混合组分，或用作其它炼油厂工艺装置的原料，如催化裂化装置、加氢裂化装置、热裂化装置、减粘裂化炉等等。减压渣油还可以通过炼油厂工艺装置(例如焦化装置、减粘裂化炉等)进一步加工，或用于沥青/柏油制造。

该技术对先前视为采矿业废弃物副产物的煤粉产物进行了升级。原油的总成本降低，因为每单位馏分油产物的原油量也降低。

可以与原油混合的微粉煤的量为至少1％m(一个质量百分比)、合适地至少5％m、通常大约10％m、至多70％m、合适地至多60％m、任选至多50％m。

通过下列非限制性实施例进一步例示本发明。

实施例

实施例1a-经由专门设计用于超细粉和微细颗粒的泡沫浮选分离加机械和热脱水技术的组合可以实现煤粉的脱矿物质和脱水

将煤浆筛分，收集在罐中，并采用受控的投料速率添加泡沫浮选剂。填充有工艺水和来自封闭式空气压缩机的过滤空气的微粒分离器用于从亲水性矿物材料中分选疏水性碳材料。含有碳颗粒的泡沫从该罐中溢流。并在敞开的顶部排水沟中收集该泡沫。矿物浆保留在分离罐中直到排出，而脱矿物质的煤浆在泵送至造粒步骤之前被脱气。如果需要的话，可以通过各种已知的研磨技术(包括其中烃油用作研磨助剂的技术)实现煤粒度的进一步减小。

经由压滤机或管压机进行脱矿物质的微粉煤浆料的机械脱水。合适的设备由metsocorporation，fabianinkatu9a，pobox1220，fi-00130helsinki，fin-00101，finland制造。所得微粉煤湿滤饼可以热干燥为粉末形式(合适的设备由geagroupaktiengesellschaft，peter-müller-str.12，40468düsseldorf，germany制造)或在干燥前造粒。为了造粒，可以在混合机中将特定的改性剂添加到滤饼中以优化造粒，并将改性的滤饼输送到挤出机中，在那里其被压缩成球团。脱矿物质的煤球团随后通过将其输送至球团干燥器中来进行热干燥，在那里贫氧的热工艺空气直接吹在微粉煤球团上。合适的设备由stelalaxhubergmbh，2，d-84323massing，germany制造。

实施例1b-通过在湿介质中研磨较大的煤团块与颗粒获得微粉煤粉

可以基于煤的有利性质来选择煤的类型，如低灰分或水含量或易磨性(例如高的哈德格罗夫可磨度指数(hardgrovegrindabilityindex))或反应性。通过多种在湿介质中的标准粉碎和研磨尺寸降低技术，并随后脱水，获得微粉煤粉。

1.例如经由高压研磨辊磨机或颚式破碎机进行粉碎以便将所生产的洗涤的湿煤(例如表3的煤d或煤f)由50毫米左右减小到约6毫米：合适的设备由metsocorporation或flsmidth，vigerslevallé77，dk-2500valby，copenhagen，denmark制造。

2.制造湿的＜6毫米的浆料并使用合适的球磨机、棒磨机或搅拌介质磨碎机降低至40μm：合适的设备由metsocorporation制造。

3.使用纳米磨机，合适地通过使用爪式磨机(pegmill)、水平圆盘磨机或垂直搅拌介质磨碎机将＜40μm浆料减小至＜1μm左右：合适的设备由netzsch-feinmahltechnikgmbh，sedanstraβe70，95100selb，germany或metsocorporation制造。isamill^tm也可用于通过磨损和磨蚀将粒度减小至＜5μm或更低：glencoretechnology，level10，160annst，brisbaneqld4000，australia。

4.用在高压下运行的管式压机通过膜或垂直板压滤机由大约50％m脱水至＜20％m左右：合适的设备由metsocorporation制造。替代的脱水方法包括压滤机，例如andritzag，statteggerstrasse18，8045graz，austria。

5.通过以下方法脱水至＜2％m：

a.热干燥，如流化床干燥器、旋转干燥器、闪蒸干燥器或带式干燥器：合适的设备由诸如geagroupaktiengesellschaft，peter-müller-str.12，40468düsseldorf，germany和stelalaxhubergmbh，laxhuberplatz1，84323massing，germany的公司制造。

b.使用醇、醚或酮的溶剂脱水技术，如例如us-3327402、us-4459762和us-7537700中所述。

实施例1c-通过在干燥状态下研磨较大的媒团块与颗粒获得微粉煤粉

在干燥状态下通过标准的粉碎、研磨和粉化尺寸减小技术获得微粉煤粉。

1.用颚式破碎机将干燥的原始煤层煤粉碎至＜30毫米的尺寸。

2.使用具有分级器的球磨机或通过使用离心磨机将干燥的煤从＜30毫米粉碎至＜45μm左右的尺寸：合适的设备由loeschegmbh，hansaallee243，40549düsseldorf，germany和atritorlimited，12thestampings，blueribbonpark，coventry，westmidlands，cv65re，uk.制造。

3.使用空气微粉磨(或喷射磨)降低至＜1μm左右的粒度：合适的设备由britishremaprocessequipmentltd，foxwoodclose，chesterfield，s419rn，u.k.制造。

实施例1d-通过与燃油或类似油产品一起研磨干煤来获得微粉煤-燃油饼

在netzsch实验室搅拌球磨设备或metso搅拌介质磨碎机中与作为流体介质的原油或相关石油产品(参见上文实施例1b)一起研磨干煤获得微粉煤在原油中的饼。

粒度分布通常通过激光散射法来测定，其测量一系列渐增的尺寸范围之间的颗粒的颗粒体积。图2描述了煤7(描述在下表3中)的粒度分布。高于63μm的粒度，实际上可以通过筛分将煤分离为不同尺寸的级分，由此制备了在两种筛分尺寸63μm和125μm之间的煤样品6，参见表3。

通常，颗粒分布宽度通过图2中显示的x轴上的粒径值d50、d90、d95、d98和d99来量化。d50定义为该群体的一半落在该值下方的直径。类似地，该分布的90％落在d90下方，该群体的95％落在d95下方，该群体的98％落在d98下方，该群体的99％落在d99值的下方。

实施例2a-可以经由各种形式的微粉煤的高剪切混合获得微粉煤在原油中的悬浮液

将干燥的微粉煤粉末、干燥的微粉煤球团、或饼形式的与烃油混合的微粉煤在容器中使用高剪切混合器解聚并分散在原油中。如果需要的话，在该混合物中包含分散剂添加剂以确保足够的储存稳定性。任选地，该容器可以装配有超声设备以诱导空化来增强解聚。在环境温度下或对更粘稠的原油在通常高达50℃的提高的温度下进行剪切混合。合适的剪切混合器由charlesross&sonco.710oldwilletspath，hauppauge，ny11788和silversonmachinesinc.，355chestnutst.，eastlongmeadow，ma01028，usa制造。该方法通常将在蒸馏设备中进行，所得原油/微粉煤分散体可以短时间储存在罐中或立即输送至蒸馏设备，通常为存在于炼油厂中的蒸馏设备。

实施例2b-经由将煤粉粉末直接注入原油料流或通过将煤粉粉末直接注入蒸馏室可以实现微粉煤在原油中的悬浮

干燥的微粉煤粉末可以通过以下方法获得：干燥经由机械干燥泡沫浮选的煤粉制备的微粉煤颗粒的湿滤饼，粉碎和研磨微粉煤的干燥球团，或粉碎和研磨低灰分煤层煤。通常在大气压下或大气压附近，将此类干燥的微粉煤粉末在将原油料流引入分馏塔之前在载气流(通常为氮气、空气或贫氧空气或这些的混合物)中注入到原油预热工艺装置(通常为120-150℃)、静电脱盐设备或最终加热工艺或炉装置(280-400℃，通常为340-370℃)中。或者由此制备的干燥微粉煤粉末可以直接注入分馏塔的底部。

实施例3-使用标准小规模(200毫升)蒸馏装置工艺和程序分馏北海原油a和西弗吉尼亚州微粉煤1的混合物

通常在大气压下，将该原油/微粉煤分散体在环境温度或提高的温度下泵送通过脱盐和预热工艺装置并因此泵送到分馏塔中。来自常压蒸馏阶段的所得残余物随后转移到真空蒸馏设备中并进一步分馏。

典型的轻质低硫北海原油a(特性在表1中给出)与美国西弗吉尼亚州低挥发分烟煤1(特性在表3中给出)混合，并对一系列关键参数获得了一组分析测试结果，参见表2。向原油a中添加5％m的煤1令人惊讶地导致密度(0.833至0.837g/ml@15℃)、粘度(5.1至5.5cst@50℃)和硫含量(0.241％至0.255％m)仅略微提高.

表1.受试原油的分析和蒸馏特件

令人惊讶的是，碳残余物增加远低于预期：仅为0.55％m，由原油a中的1.19％m提高至5％混合物的1.74％m，见表2。煤1具有80.2％m的混合非挥发分含量(固定碳加含灰量)(计算为100％-挥发性物质含量)。非挥发分含量提供了预期在蒸馏后保留的碳和含灰量的量度。基于此，预期含有5％m煤1的原油a的碳残余物的值由于添加5％煤1而提高大约4％m。但是，观察到的碳残余物增加值非常小(0.55％m)，表明微粉煤在与原油混合时产生了比近似分析中单独加热时所产生的多得多的挥发性物质。

表2.煤-原油混合物的分析

根据用于在大气压下石油产物和液体燃料的蒸馏(distillationofpetroleumproductsandliquidfuelsatatmosphericpressure)的astmd86标准测试方法测定来自原油a的最低沸点的50％v以及原油a与微粉煤1的混合物的蒸馏特性。在实验室间歇式手动蒸馏装置中使用200毫升样品，在设计为提供大约一个理论塔板分馏的条件下定量测定油产物的沸程特性。定期系统地读取温度读数和凝析油体积，直到液体馏分油馏分的累积体积达到50％v，其在这些测定中对应于270℃至280℃的蒸馏温度。

根据用于在减压下石油产品的蒸馏(distillationofpetroleumproductsatreducedpressure)的astmd1160标准测试方法来测定来自原油a和原油a与微粉煤1的混合物的常压手动蒸馏的50％v残余物的蒸馏特性。该测试方法包括在减压下测定石油产品的沸点范围，所述石油产品在400℃的最高液体温度下可以部分或完全汽化。在设计为提供大约一个理论塔板分馏的条件下，在0.13kpa至6.7kpa(1mm至50mmhg)的精确控制的压力下蒸馏该样品。获得数据，由此制备最终沸点和涉及蒸馏的体积百分比和大气同等沸点温度的蒸馏曲线。

由此获得的原油“a”和煤1以5％m、7.5％m和10％m的浓度在原油“a”中的混合物的馏分油馏分的体积(x)显示在表4中。低沸点组分、石脑油、煤油(kero)、柴油、轻质减压瓦斯油(lvgo)和重质减压瓦斯油(hvgo)的沸程基于usenergyinformationadministration定义，由华氏度(°f)转换为摄氏度(℃)。

已经基于观察的体积(x)对95％m原油：5％m惰性材料混合物(以及分别地，92.5％m的原油，与7.5％m的惰性材料；90％m的原油和10％m的惰性材料)计算了这些馏分油馏分的体积(y)，参见表4。此外，显示了在惰性固体材料的那些观察值(x)与那些计算值(y)之间的体积差异(x-y)。因此，(x-y)的值是微粉煤对原油蒸馏特性的影响的量度。正值(粗体)表明该馏分的产率的提高是由于存在微粉煤；而负值(斜体)表明发生了该馏分的产率的降低。

令人惊讶地，较低沸点的馏出物(石脑油、煤油和柴油)始终高于预期产率。同样令人惊讶的是，重质瓦斯油馏分(其预期包括生成的任何煤热解液)得到了低于预期的产率。轻质减压瓦斯油的产率在5％m的微粉煤混合物中较高，但是对同样的7.5％m和10％m混合物降低至降低的产率。这五种馏分各自的产率变化随着微粉煤比例由0％m提高至5％m至7.5％m至10％m而逐渐向上或向下改变。在这种情况下，附加馏出物的总体积分别对5％m、7.5％m和10％m混合物分别提高了4.7％、5.8％和5.8％。主要在石脑油、煤油和柴油馏分中发现了增加的馏出物。

通过校正含灰量，已经计算了转化为所有馏出物、馏出物＜427℃(即不包括重质减压瓦斯油)和馏出物＜343℃(不包括轻质和重质瓦斯油馏分)的有机煤的％m。令人惊讶的是，已经实现了高转化率(每单位质量煤49％-104％体积的馏出物，％v/m)，并且显然大部分微粉煤1在原油a的存在下已经转化为馏分油产物。

随着微粉煤1的比例提高，减压渣油的差异产率如预期那样提高。

实施例4-可以使用标准蒸馏装置工艺和程序进行不同原油与不同微粉粒度的西弗吉尼亚州微粉煤的混合物的分馏

根据实施例3中描述的程序，在常压和减压下测定原油a、c和d以及这些原油与微粉煤1、2和3的混合物的蒸馏特性。

原油a是典型的轻质低硫北海原油，具有低硫含量，产生高产率的轻质馏分油、石脑油和柴油。原油c是中等密度低硫原油，也来自北海，但是产生高产率的重质馏分：柴油和减压瓦斯油。原油d是中等密度含硫俄罗斯原油，含有大量硫，其也主要产生重质馏分油。表1提供了这些原油的分析和蒸馏特性。

这些原油与美国西弗吉尼亚州低挥发分烟煤1、2和3以最高20％m的不同浓度混合。煤1、2和3具有不同的粒度特性(表3)，使得煤3是最精细研磨的，其98％的颗粒直径＜10μm，且d50为1.8μm(即50％的颗粒小于1.8μm)。煤1和2的尺寸相对近似，d50值分别为4.5μm和5.8μm，但是与煤2中2.7的含灰量相比，煤1具有8.5％的明显更高的含灰量。在煤1、2和3的煤转化率之间没有观察到系统差异，表明在微粉水平的约束下煤粒度的区别并非关键的决定因素。

如在实施例3中那样，在表5中显示的所有混合物中均获得了可归因于微粉煤的显著体积的馏分油，增加范围为2.3％v至7.6％v。再一次，增加的馏分油主要存在于石脑油、煤油和柴油馏分中。甚至对原油a中20％m煤2的更高浓度的混合物，对馏分油＜427℃(即不包括重质减压瓦斯油)也获得了34％的煤转化产率。

在原油c和d与煤2的混合物中也观察到了显著的煤转化。例如，对含有15％煤2的原油c获得了39％v/m的向所有馏分油的转化产率；采用在俄罗斯原油d中5％煤2的混合物，对馏分油＜343℃获得了71％v/m的煤转化产率。

值得注意的是，随着煤浓度的提高，存在向着更低的最终沸腾温度(fbt)的趋势，表5。这减少了可以用真空蒸馏设备收集的重质瓦斯油的量。随着原油a中煤2的浓度分别由0％提高至10％m、15％m和20％m，fbp由607℃连续降低至550℃、516℃、479℃。fbp是重质原油组分裂解开始的量度，并限制了进一步蒸馏，因为气体的生成降低了所施加的真空。在全尺寸蒸馏设备中，减压瓦斯油的产率预期更高，因为较小规模的实验室设备受困于在加热容器上方进行蒸馏的温度与加热容器内部的温度之间存在较大差异(通常为50-100℃)。由此在实验室设备中，裂化比在全尺寸设备蒸馏器中所预期的更早发生。

实施例5-可以使用标准蒸馏装置工艺和程序进行不同原油与等级、来源、粒度和矿物含量大不相同的煤的混合物的分馏

根据实施例3中描述的程序在常压和减压下测定北海原油a和b以及这些原油与十种煤样品4-13的混合物的蒸馏特性，参见表6。

原油b，类似于原油a，是一种轻质、低硫的低硫北海原油，但是产生甚至更高产率的轻质馏分油、石脑油，参见表1。

这些原油与高挥发分烟煤4-9一起蒸馏，所述高挥发分烟煤4-9来自美国、哥伦比亚和澳大利亚，分别代表了石炭纪、古新世和二叠纪的沉积物。此外，原油a已经通过添加10％的来自czechrepublic和mongolia的中等挥发分烟煤以及来自mongolia的次烟煤和褐煤(褐炭)来处理过。后两种煤将地质时代延伸至侏罗纪和白垩纪。

煤10-13扩大了测试的煤矿物质含量(评估为含灰量)的范围。煤3-9均具有低于2％m干基(d.b.)的含灰量。煤2具有2％m(d.b.)至3％m(d.b.)的含灰量。煤1、10、12和13具有4％m(d.b.)至9％m(d.b.)范围内的含灰量，而煤11的含灰量超过15％m(d.b.)。

尽管煤10-14覆盖了大范围的煤等级和含灰量，观察到以下显著的有机煤的每单位质量煤的馏分油％v(％v/m)转化率：

·15-52％v/m，对所有馏分油，

·33-58％v/m，对馏分油＜427℃，

·-75％v/m，对馏分油＜343℃(注意，含有高固有水分和高氧含量的褐煤产生了异常高的低沸点组分体积，其可能含有大量的水)。

煤5和7是粒度类似于实施例3和4中所用的煤1-3的微粉煤(d50分别为4.0μm和3.2μm)。煤11、9和10的尺寸较粗，d50分别为8.2μm、9.4μm和10μm，而煤4、7、12和13更粗，d50在13-18μm范围内。煤6通过在63μm和125μm之间的筛分来制备，并含有最大的受试粒度。随着煤粒度的提高，与原油的共同蒸馏变得更加困难，但并非无法解决。原油与较粗的煤样品4和7的真空蒸馏不太稳定，并且更难控制。此外，63-125μm的煤6在原油b中的分散体在30分钟后开始分解，影响常压蒸馏的平滑操作。不考虑这些操作差异，仍观察到以下显著的有机煤的％转化率：

·3-55％v/m，对所有馏分油(注意，低于30％的转化率值与低最终沸点(fbp)一致，可能是由于裂化过早开始，由此减少了可用的重质瓦斯油)；

·21-66％v/m，对馏分油＜427℃，

·22-83％v/m，对馏分油＜343℃。

如在先前的实施例中那样，在表6中显示的所有混合物中获得了可以归因于微粉煤的显著体积馏分油，增加在1.9％v至5.3％v范围内(不包括早期裂化影响的那些混合物)。再一次，增加的馏分油主要存在于石脑油、煤油和柴油馏分中。在测试15和20中显示了比其它测试更低的％煤转化率水平(分别为3％v/m和5％v/m)。这可能是在两种情况下较低的fbp(过早开始裂化)造成的，这导致了较低的hvgo产率，并可能是由于该试验装置中加热容器与蒸馏温度之间的温度差高于通常的温度差。

实施例6-可以使用标准大规模蒸馏装置工艺和程序进行北海原油a与西弗吉尼亚州微粉煤2的混合物的较大规模(15升)分馏

使用15升样品，根据用于原油蒸馏的astmd2892-16标准测试方法(15理论塔板塔)测定来自原油a的最低沸点馏分以及原油a与微粉煤2(5％m、10％m和15％m)的混合物的蒸馏特性。测试方法是对原油进行以测定其值的多种测试之一。其提供了各种沸程的馏分的产率的预估，并因此在商业性质的技术讨论中是有价值的。与收集的馏分的相关分析(参见实施例7)一起，该蒸馏方法通常被称为原油测定，并用作评估原油的适用性以及其对炼油厂的价值的工业方法。

来自常压蒸馏的残余物转移到另一蒸馏烧瓶中，并根据用于重质烃混合物的蒸馏的astmd5236-13标准测试方法(真空罐法)在低真空下重蒸馏。最大可实现的常压同等温度(aet)可以高达565℃，但是取决于装料的耐热性；对于原油a和煤2-原油a混合物，aet达到540℃至555℃。样品在0.1-0.2mmhg范围内的精确控制的压力下蒸馏。

对常压和减压蒸馏混合程序，对连续的温度范围收集了大约30个单独的蒸馏馏分样品，测量了各个馏分的产率。将蒸馏馏分合并以对应于各馏分油馏分温度范围(例如煤油)以制造用于进一步分析的样品，并对原油a、5％煤2-原油a和10％煤2-原油a混合物计算各馏分油的产率，表7。

对煤2与原油a的5％、10％和15％混合物观察到以下显著的有机煤％v/m转化率：

·31-52％v/m，对馏分油v427℃，

·28-35％v/m，对馏分油＜343℃。

增加的馏分油主要存在于低沸点组分、柴油和轻质减压瓦斯油馏分中。如在200毫升的小规模测试中那样，在该实验室设备中较长的停留时间导致过早的裂解，因此重质减压瓦斯油的产率数据不太可靠。

实施例7-通过北海原油a和西弗吉尼亚州微粉煤2的混合物的大规模(15升)分馏制备的馏分油馏分具有非常类似于衍生自单独的原油a的同等馏分的性质

随着煤浓度由0％提高至5％至10％，对来自煤2-原油a混合物的大规模蒸馏的馏分油馏分测定的许多性质显示出规律的小趋势，参见表8。所有这些性质变化在方向上如基于原油a和煤2的知识所预测的那样(例如煤结构通常含有比原油更高芳香度和更高分子量的单元)，证实了煤2是各馏分的一部分来源。此外这些变化很小，不会在任何显著程度上破坏所得馏分油馏分的品质。因此，随着煤2浓度的提高：

·对轻质石脑油、轻质减压瓦斯油和重质减压瓦斯油馏分，密度提高；

·对lvgo和hvgo馏分，粘度提高；

·对轻质石脑油、重质石脑油、lvgo和hvgo，硫含量略微提高；

·对轻质石脑油和重质石脑油，铜腐蚀得到改善；

·对轻质石脑油、重质石脑油、煤油和柴油，芳烃含量提高。

尽管在本文中已经详细公开了本发明的特定实施方案，但这仅为示例方式并且仅为说明的目的而进行。前述实施方案并非意在限制本发明的范围。发明人预期，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种替换、改变和修改。