煤油共炼的研究进展

文章来源：卢嫦凤.煤油共炼的研究进展[J].河南化工,2020,37(8):15-17

卢嫦凤

(国家知识产权局 专利局专利审查协作广东中心 ， 广东 广州 510530)

摘 要：煤油共炼技术不但可以有效利用石油资源，而且可将价格低廉的煤炭资源转化成油，实现煤炭资源清洁利用。简述了煤油共炼工艺、原料及催化剂，并论述了煤油共炼后残油的处理。

关键词：煤油共炼 ；重质油 ；煤炭

煤油共炼技术是煤和重油共同炼制成轻、中质油，由于煤具有“富芳构贫氢”的特点，而重油或渣油具有“贫芳构富氢”的特点，选用重质石油与煤共处理，可在同一个加氢环节实现两个加氢目的，并希望重油能在过程中为煤提供部分氢源。煤的芳香类和重油之间的协同效应，使得煤油共处理时更容易加工成为合格的汽油、柴油等油品。煤油共炼技术不但可以有效利用石油资源，提高石油加工企业的经济效益，而且可将价格低廉的煤炭资源转化成油，实现煤炭资源清洁利用。

1 煤油共炼工艺

目前比较成熟的煤油共炼工艺主要有：美国的碳氢化合物研究公司(HRI)两段煤油共炼工艺、Pyrosol煤油共炼工艺、CANMET煤油共炼工艺和延长石油煤油共炼工艺。HRI在1974年就开始研究煤油共处理工艺，HRI煤油共炼工艺是两段催化加氢裂化技术，其特点是采用独特的沸腾床催化反应器，高活性CoMo/Al2O3和NiMo/Al2O3载体催化剂，且以连续加入和排放的方式保持反应器内催化剂的活性。德国煤炭液化公司在Pyrosol工艺煤直接液化基础上改造而成的Pyrosol煤油共处理工艺。加拿大矿物能源中心(CANMET)开发的煤油共处理工艺是在石油加氢裂化工艺的基础上发展起来的。最初是利用载有FeSO4的煤作为渣油加氢裂化催化剂，煤的加入量只有渣油的5%，后来加入了30%的煤，使得渣油和煤同时加氢裂化，收到了很好的效果。2011年延长石油与美国Kellogg Brown & Root公司共同开发出一项煤油共炼技术，采用悬浮床加氢裂化技术，低阶煤经研磨形成极细的煤粉，掺入榆炼催化裂化催化油浆中，进入悬浮床加氢装置反应，部分产品进入固定床加氢装置进一步反应[1]。

2 煤油共炼原料

与煤共炼的重质油包括煤焦油以及石油中蒸馏得到的常减压渣油、油浆、油砂沥青等[2]。任相坤等[3]提出了煤焦油与煤共反应制备液体燃料，采用煤焦油与煤粉、催化剂混合制备油煤浆，经过两级加氢反应，可以保证油煤浆中煤粉和煤焦油加氢反应进行得更完全。采用煤焦油代替重油与煤粉进行共炼反应，是因为煤焦油中的芳烃含量高于重油中的芳烃含量，通过调节煤焦油与煤粉共处理的工艺流程及工艺条件，可以大大提高煤焦油与煤粉加氢处理的相互作用效果，提高了液体燃料的收率。任相坤等[4]提出了杂油、煤和煤焦油加氢共炼的方法，选择大于320 ℃的重质馏分油与煤、杂油混合，加入催化剂与助催化剂得油煤浆；预热后送入加氢反应器；生成物用高温高压分离器进行气液分离；将所得含固重质残油减压蒸馏，得减压油；将减压油、轻质馏分油与气相物料依次送入特定加氢保护反应器、特定提质加氢反应器进行加氢精制。沈和平等[5-6]提供了一种煤和煤焦油混合加氢系统，该系统包括氢气供给单元、煤供给单元、催化剂供给单元、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；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；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；催化加氢反应单元，与油煤浆制备单元和氢气供给单元相连。该系统及工艺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。颜丙峰[7-8]提出的共炼方法包括油浆预处理：将重质油、未加氢循环溶剂以及第一催化剂混合，制成油浆；煤油共炼、溶剂油循环和成品分离。共炼装置包括油浆预处理装置、煤油共炼装置、溶剂油循环装置和油品提质加工装置。韩磊等[9]提出一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺，该工艺首先对煤焦油轻质组分进行提酚处理；然后对煤焦油重馏分油进行预加氢，促进重馏分油中胶质、沥青质转化为部分氢化多环芳烃，提高重馏分油的供氢性能；最后将加氢后分离器中的不同馏程液相产物与煤粉混合进入煤油共炼装置，最终得到汽油、柴油以及酚类产物，实现煤焦油与煤共处理。龙军等[10]提出煤液化与石油炼制的组合方法，其采用馏程轻的石油馏分Ⅰ作为第一反应器的溶剂油、供氢剂，进行煤热解加氢反应；馏程重的石油馏分Ⅱ进入第二反应器，与煤热解产物一起进行加氢裂化。该方法避免了重质馏分在第一反应器中对煤热解的消极影响，强化了热、质传递作用，提高了煤液化转化率和燃料油收率；可对煤液化燃料油芳烃含量过高起调节作用。北京三聚环保新材料股份有限公司的系列专利公开了煤、生物质和溶剂油共处理的方法。包括：生物质和煤分别脱水后粉碎，之后压缩成型，再次粉碎或是脱水后压缩，之后粉碎，再粉碎得生物质粉末和煤粉，将生物质粉末、煤粉、加氢催化剂及溶剂油混合，研磨制浆得生物质煤油浆，将生物质煤油浆与氢气进行两次液化反应。原料进行“粉碎 压缩 再次粉碎”或“压缩 粉碎 再次粉碎”以及研磨成浆处理，得到固含量高且能够用泵平稳输送的生物质煤油浆；压缩处理能够使得煤与生物质材料内部的孔隙结构坍塌、闭合，发生塑性流变和塑性变形，从而大大提高了煤与生物质原料的密度，使其能够良好地分散于溶剂油中；同时，孔隙结构的坍塌和闭合避免了煤与生物质对溶剂油的吸附，使得溶剂油能够充分发挥其作为分散剂的作用；压缩后的粉碎操作，增加了原料的可接触面积，使得原料与催化剂以及溶剂油可以更好地接触，能够加强氢的传递，大大减少原料因处于孔隙状结构内而无法与氢和催化剂接触从而反应的情况。实现了煤、生物质及油的混炼液化，氢耗少，液化油收率高，能够使废机油、地沟油、酸败油等高黏废油得到利用，且不产生焦炭缩聚，降低了残渣量。

3 煤油共炼催化剂

催化剂的优良性既可以降低共炼体系的反应温度，提高惰性煤的转化率，促进劣质重油的裂解，又可以提高液体产品的质量，从而使整个生产过程更加经济。催化剂主要有三类：金属卤化物催化剂、第ⅥB或Ⅷ族负载型催化剂、铁基催化剂，如纳米级α-FeOOH、无定型氧化铁、硫铁矿等。

4 煤油共炼后残油的处理

煤油共炼后的残油中碳的质量分数在90%左右，沥青烯类物质的含量为15%左右，有芳香度高的沥青烯分子，也有直链的沥青烯分子，具有容易发生聚合或交联的特点；沥青类物质在进行一次加氢反应后，沥青上小分子的断裂及氮和硫含量的降低，特别适合作为针状焦、碳素纤维中间相的原料。石先莹等[11]提出通过预处理、碳化、活化、洗涤等步骤，制备大表面积、大孔径的残渣基载体，负载煤油共炼催化剂活性组分，作为煤油共炼催化剂进行循环使用，实现了煤油共炼残渣“以废治废”的资源化可循环利用。冯成海等[12]对延长石油集团煤油共炼装置产生的共炼残渣进行原料特性分析，提出了煤油共炼残渣与多元料浆气化技术相结合，气化指标良好，实现煤油共炼残渣的资源化高效清洁利用。

5 结语

与煤的直接液化一样，煤与重油共炼技术的研究是洁净煤技术项目研究中的一个主要组成部分，该技术克服了煤直接液化的苛刻条件，并且还能同时利用重油，实现了煤炭清洁利用及重劣质油轻质化，具有显著的经济、环保效益。

参考文献：

[1] 刘璐,朱慧红,金浩,等.煤油共炼技术的研究现状[J].当代化工,2020,49(2):410-413.

[2] 王学云.八道湾煤与重油加氢反应匹配性研究[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)工程科技Ⅰ辑,2017.

[3] 任相坤.煤焦油与煤共反应制备液体燃料的方法:CN104178197A[P].2014-12-03.

[4] 任相坤,崔永君,井口宪二,等.一种杂油、煤和煤焦油加氢共炼的方法:CN104087339A[P].2014-10-08.

[5] 沈和平,常伟先,梅涛.一种煤和煤焦油混合加氢系统及工艺:CN106635160A[P].2017-05-10.

[6] 沈和平,常伟先,梅涛.一种煤和煤焦油混合加氢系统:CN206279162U[P].2017-06-27.

[7] 颜丙峰,张晓静,钟金龙,等.一种煤油共炼方法及其装置:CN106433775A[P].2017-02-22.

[8] 颜丙峰,王光耀,王学云,等.高惰质组含量的煤与重质油共处理的方法:CN106906001A[P].2017-06-30.

[9] 韩磊,李大鹏,王明峰,等.一种煤焦油加工与煤共炼组合工艺:CN109355100A.2019-02-19.

[10] 龙军,吴治国,申海平,等.中国石油化工股份有限公司,石油化工科学研究院.一种煤液化与石油炼制的组合方法:CN102115674A[P].2011-07-06.

[11] 石先莹,范迎利,蒋中山,等.一种煤油共炼残渣资源化利用工艺:CN110743526A[P].2020-02-04.

[12] 冯成海,魏生海,谢欣馨,等.煤油共炼残渣资源化处理技术研究[J].当代化工,2019,48(5):1065-1068,1073.

Research Progress of Kerosene Co-Refining

LU Changfeng

(Patent Office Patent Examination Cooperation Guangdong Center , National Intellectual Property Administration , PRC , Guangzhou 510530 , China)

Abstract:The coal-oil co-refining technology can not only effectively use petroleum resources,but also convert low-cost coal resources into oil,achieving clean utilization of coal resources.The co-refining process of kerosene,raw material and catalyst are introduced,and the treatment of residual oil after co-refining of kerosene is discussed.

Key words:kerosene co-refining ; heavy oil ; coal

中图分类号：TE620

文献标识码：A

文章编号：1003-3467(2020)08-0015-03

收稿日期：2020-03-01

作者简介：卢嫦凤(1986-)，女，中级经济师，研究方向为石油化工