煤油共炼技术现状及研究趋势讨论
针对煤油共炼技术优势、典型工艺的开发进展及技术特点、催化剂的研究现状及应用前景进行了系统综述,指出了煤油匹配性研究、廉价高效催化剂开发、磨蚀问题的解决、固液分离技术的优化的高效利用将成为煤油共炼技术研究开发的重点。详情请阅读文章!
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1煤油共炼技术优势在世界石油资源呈现重质化、劣质化趋势加剧,以及我国石油资源匮乏、煤炭为主要消费能源的情况下,实现重劣质油的高效转化、煤炭资源的清洁利用是能源领域亟需解决的重要课题[1-2]。煤油共炼技术改变单一煤直接液化、重质油悬浮床加氢裂化的加工模式,能够充分利用煤、油在加氢裂化反应中的协同效应,将煤粉均匀分散到低品质油、煤焦油、环烷基重油或石油渣油等重质油中,单次通过反应器进行加氢裂化反应,产生轻质油品,实现煤与重油的高效转化。该技术的优势主要表现在煤与重质油之间存在协同效应、原料转化率高、生产效率高、产品质量高和生产成本低5个方面。(1)煤与重质油之间存在协同效应[3]。重质油中一般含有较多的Ni、V等重金属,N、S等杂原子,而这些物质易造成催化剂中毒、失活;在煤油加氢共炼体系中,煤粉不但可以吸附重质油中的重金属,而且可以吸附反应产生的焦粒,成为生焦载体,在一定程度上延缓催化剂的失活;Ni、Fe和S等可以对煤液化过程起到催化作用。(2)原料转化率高[4]。煤和重质油的转化率均大于90%,高于煤直接液化或渣油悬浮床加氢反应的转化率。(3)生产效率高[5]。煤油共炼技术为单次通过处理工艺,而且免去了煤直接液化中大量轻质油馏分作为溶剂进行再循环的处理,可以有效利用反应器容积,加工能力得到大幅度提高。(4)产品质量高[6]。重质油悬浮床加氢裂化产生的柴油十六烷值与煤直接液化工艺相比较高,煤油共炼体系中重质油的存在提高了柴油收率,所以煤油共炼工艺解决了煤直接液化柴油产品十六烷值较低、结构过于单一的问题。(5)生产成本低。共炼体系中的重质油加氢后作为煤液化过程的供氢溶剂,可以降低氢耗,大幅度提高氢利用率。煤油共炼工艺由于具有诸多技术优势受到世界各国的关注。国外煤油共炼技术的研究开始较早,代表性工艺主要有美国碳氢公司(HTI)的HTI工艺、加拿大能源开发公司(CED)和德国煤液化公司(GFK)合作开发的PYROSOL工艺、加拿大矿产和能源技术中心(CANMET)的CANMET工艺等。国内起步较晚,但近年来取得了长足进步,如陕西延长石油煤油共炼工艺、煤科总院煤化工分院的煤油共炼工艺等,前者已率先完成工业示范。这些工艺的迅速发展有望推动煤油共炼技术工业化应用进程。2煤油共炼典型工艺2.1HTI工艺2.1.1开发进展HTI公司于1974年开始HTI工艺的初期研究,吸纳了重质油加氢裂化H-Oil工艺、煤直接液化HCoal工艺和CCITSL工艺的基础研究、工程开发和装置运转经验,先后利用高压釜、25kg/d小型连续装置、3t/d中试装置,对煤油之间适应性、反应特性及工艺条件进行了系统研究,并以此为基础进行了商业化示范装置的工程设计。后来,该工艺尝试将废旧塑料引入到反应体系中进行加氢共炼,不但能够解决废旧塑料污染问题,还可以提高反应产物的轻油收率,能更进一步降低煤油共炼工艺的成本,具有良好的发展前景[7-8]。2.1.2技术特点HTI工艺采用独特的两段沸腾床反应器,能够实现催化剂的在线装卸,保证了反应器内催化剂的高活性,实现了原料的深度转化[9]。HTI工艺流程如图1所示,煤油浆经过预热器与H2混合先进入一段沸腾床,采用Co-Mo/Al2O3催化剂,在反应温度435~450℃、氢压12~18MPa的条件下进行加氢预处理;再进入二段沸腾床,在Ni-Mo/Al2O3催化剂的存在下进行加氢裂化,脱除S、N等杂原子。图1HTI工艺流程表1列出了HTI工艺与煤直接液化工艺操作条件、产品收率的对比情况[10]。由表1可知,两段串联沸腾床反应器的设计、高活性催化剂的开发能够提高煤和油的深度转化,与煤直接液化相比,在保证煤转化率基本不变的条件下,HTI工艺能够得到更高的液体收率,而且可以有效降低气体收率。2.2CANMET工艺2.2.1开发进展CANMET公司于1981年建立了1kg/h小型实验装置,开启煤油共炼的技术开发,研究了工艺条件对产物收率、产品质量的影响,验证了煤油共炼的经济性;进而在0.5t/d中试装置上进行了50000h的长周期运转,考察了工艺放大规律,并完成了25t/d小型示范装置的投料试车。目前,在较低煤进料比例的条件下,CANMET工艺已经实现工业应用,在加拿大潘托特朗布勒炼厂已建成25万t/a的工业示范装置。2.2.2技术特点CANMET工艺的技术特点是采用FeSO4·7H2O粉末为催化剂,以悬浮床为反应器,实现了煤液化过程的低压操作[11]。CANMET工艺基本流程如图2所示,煤油浆、FeSO4·7H2O粉末及H2一并进入悬浮床反应器底部,在反应温度435~455℃、反应压力13.6MPa的条件下进行加氢裂化反应,液体收率可以达到74.3%。悬浮床反应器的采用不但实现了反应器容积的最大化利用,而且可以保证反应器内温度的均一性及稳定性;FeSO4·7H2O粉末作为催化剂,在低压、低氢耗的情况下表现出了促进加氢转化、延缓生焦及结焦的作用,这不但降低了装置投资成本,也有效减少了操作运转费用。
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