本發(fā)明屬于煤炭清潔高效利用設(shè)備，具體涉及到一種富油煤直接定向液化裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)能源稟賦特點(diǎn)決定了能源結(jié)構(gòu)中煤炭的主體地位，“雙碳”背景要求突出煤炭的原料屬性，用于制備化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)的高端化、多元化和低碳化發(fā)展。煤炭直接液化工藝是煤炭清潔低碳高效利用的關(guān)鍵技術(shù)和重要途徑之一，可將固體煤炭通過(guò)高壓加氫轉(zhuǎn)化為液化石油氣、液化油和液化殘?jiān)?。液化石油氣中富含c2～c4烴，是優(yōu)良燃料和化工原料，液化油中富含芳烴、環(huán)烷芳烴和酚類，是基本有機(jī)化工原料的寶庫(kù)，液化殘?jiān)己扛?，通過(guò)進(jìn)一步加工和改性可成為功能碳材料，因此煤炭直接液化工藝是實(shí)現(xiàn)煤炭高值化綜合利用的最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法之一。富油煤是指焦油產(chǎn)率大于7％的煤炭資源，我國(guó)西部地區(qū)(陜西、新疆)的富油煤資源量十分豐富，針對(duì)富油煤的直接液化工藝近些年備受關(guān)注。然而，現(xiàn)有的煤炭直接液化工藝多針對(duì)普通煤炭，且在油煤漿的制備單元中未注意到煤中可溶組分溶解于循環(huán)溶劑這一重要現(xiàn)象。事實(shí)上，當(dāng)循環(huán)溶劑與煤混合預(yù)熱到350℃左右制備油煤漿時(shí)有一部分煤中的可溶物會(huì)溶解于循環(huán)溶劑中，這部分可溶組分進(jìn)入液化反應(yīng)器后以均相形式發(fā)生加氫反應(yīng)，而不溶的煤組分則以“液-固”非均相形式發(fā)生加氫反應(yīng)。富油煤中可溶組分含量高，當(dāng)可溶組分與不溶的煤組分同時(shí)在液化反應(yīng)器中發(fā)生加氫反應(yīng)時(shí)，均相和非均相反應(yīng)進(jìn)度差異很大，此外，均相液膜會(huì)阻礙催化劑和氫分子與固體不溶煤的接觸，不利于液化反應(yīng)進(jìn)行。基于上述事實(shí)，傳統(tǒng)煤炭直接液化工藝用于富油煤時(shí)存在均相的過(guò)度反應(yīng)和非均相的反應(yīng)遲滯問(wèn)題，導(dǎo)致煤的轉(zhuǎn)化率和油收率低，氣體和液化殘?jiān)a(chǎn)率以及氫耗較高，進(jìn)一步使裝置的處理量上不去，從而導(dǎo)致運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不好。中國(guó)專利《煤兩段催化直接液化的方法及其應(yīng)用》、申請(qǐng)?zhí)?02010705251.5公開(kāi)了一種煤兩段催化直接液化的方法及其應(yīng)用，但未考慮在油煤漿制備單元煤中可溶物的溶出問(wèn)題，仍然是一種可溶物與不溶煤同時(shí)在液化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)的工藝。中國(guó)專利《一種煤炭液化方法》、申請(qǐng)?zhí)?00910076672.x提供了一種包括對(duì)原料煤進(jìn)行溶劑熱萃取預(yù)處理、進(jìn)行熱態(tài)液固分離和液體部分的加氫液化等步驟的煤炭液化方法，雖然該專利注意到煤炭在油煤漿制備單元中可溶物溶出于循環(huán)溶劑的現(xiàn)象，但該專利將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的可溶物再次進(jìn)行加氫液化反應(yīng)，加劇了可溶組分的裂解，并且該專利未提及約60％的不溶煤的處理方法，這導(dǎo)致針對(duì)原煤的總轉(zhuǎn)化率很低(小于43.4％)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、耗氫小的富油煤直接定向液化裝置及方法。

2、解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種富油煤直接定向液化裝置，高溫浸取器的第一輸出口通過(guò)管道與漿料制備釜的進(jìn)料口相連、第二輸出口通過(guò)管道與加氫預(yù)熱爐進(jìn)料口相連，漿料制備釜的出料口通過(guò)管道與液化預(yù)熱爐的進(jìn)料口相連，液化預(yù)熱爐的出料口通過(guò)管道與兩級(jí)加氫液化反應(yīng)器的進(jìn)料口相連，兩級(jí)加氫液化反應(yīng)器的出料口通過(guò)管道與粗油氣液分離器的進(jìn)料口相連，粗油氣液分離器的排氣管通過(guò)管道與高壓氫氣總管相連、排液管通過(guò)管道與粗分蒸餾塔的進(jìn)料管相連，粗分蒸餾塔頂部的排油口通過(guò)管道與加氫預(yù)熱爐進(jìn)料口相連，加氫預(yù)熱爐出料口通過(guò)管道與加氫處理反應(yīng)器的進(jìn)料口相連，加氫處理反應(yīng)器的出料口通過(guò)管道與精油氣液分離器的進(jìn)料口相連，精油氣液分離器的出液口通過(guò)管道與精分蒸餾塔的進(jìn)料口相連，精油氣液分離器的出氣口通過(guò)管道與高壓氫氣總管相連；

3、所述高壓氫氣總管通過(guò)第一支管道與液化預(yù)熱爐的進(jìn)料口相連、通過(guò)第二支管與兩級(jí)加氫液化反應(yīng)器相連、通過(guò)第三支管與與加氫預(yù)熱爐進(jìn)料口相連。

4、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述精油氣液分離器與所述精分蒸餾塔之間的管道上連接有加熱器。

5、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述精分蒸餾塔的溶劑出口通過(guò)管道與高溫浸取器和漿料制備釜相連。

6、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述精分蒸餾塔的循環(huán)溶劑出口與所述高溫浸取器之間的管道上連接有冷卻器。

7、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述兩級(jí)加氫液化反應(yīng)器包括一級(jí)加氫液化反應(yīng)器、二級(jí)加氫液化反應(yīng)器、一級(jí)重沸器、二級(jí)重沸器，一級(jí)加氫液化反應(yīng)器上連接有一級(jí)重沸器，二級(jí)加氫液化反應(yīng)器上連接有二級(jí)重沸器，一級(jí)加氫液化反應(yīng)器的出料口通過(guò)管道與二級(jí)加氫液化反應(yīng)器的進(jìn)料口相連，二級(jí)加氫液化反應(yīng)器的進(jìn)料口通過(guò)第二支管與高壓氫氣總管相連。

8、一種富油煤直接定向液化裝置的液化方法，包括以下步驟：

9、步驟1.原煤的高溫浸取獲得可溶組分和不溶組分煤

10、原煤和循環(huán)溶劑在高溫浸取器中進(jìn)行逐級(jí)熱浸取，浸取所得可溶組分連同循環(huán)溶劑直接送至加氫預(yù)熱爐的前端管線，浸取所得的不溶物煤、fe基催化劑和循環(huán)溶劑送入漿料制備釜內(nèi)進(jìn)行攪拌混合均勻形成漿料；

11、步驟2.不溶組分煤的加氫液化反應(yīng)

12、所述漿料與高壓氫氣在管路中混合后進(jìn)入液化預(yù)熱爐，預(yù)熱至370℃～400℃，不溶物煤進(jìn)入兩級(jí)加氫液化反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)兩級(jí)加氫液化處理徹底轉(zhuǎn)化；

13、步驟3.液化產(chǎn)物的初級(jí)分離

14、經(jīng)兩級(jí)加氫液化后的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入粗油氣液分離器，未反應(yīng)的氫氣由粗油氣液分離器的頂部循環(huán)回高壓氫氣管網(wǎng)，液體反應(yīng)產(chǎn)物由粗油氣液分離器的底部引出進(jìn)入粗分蒸餾塔，經(jīng)蒸餾后從粗分蒸餾塔的頂部和上部引出液化粗油，經(jīng)蒸餾后從粗分蒸餾塔的底部排出的冷卻后呈固體的產(chǎn)物為液化殘?jiān)?/p>

15、步驟4.液化粗油與可溶組分的加氫處理

16、液化粗油首先與來(lái)自高溫浸取器的可溶組分混合，再注入高壓氫氣后進(jìn)入加氫預(yù)熱爐，混合物被預(yù)熱至370℃～380℃后進(jìn)入加氫處理反應(yīng)器，在內(nèi)部催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，從加氫處理反應(yīng)器頂部出來(lái)的穩(wěn)定產(chǎn)物進(jìn)入精油氣液分離器，未反應(yīng)的氫氣由氣液分離器的頂部循環(huán)回高壓氫氣總管，液體穩(wěn)定產(chǎn)物由精油氣液分離器的底部引出進(jìn)入加熱器；

17、步驟5.反應(yīng)產(chǎn)物的精細(xì)分離和溶劑循環(huán)

18、液體穩(wěn)定產(chǎn)物被加熱至390℃～400℃后進(jìn)入精分蒸餾塔，以液化氣為主要組分的不凝氣體由精分蒸餾塔的頂部引出，從精分蒸餾塔的側(cè)線自上而下分別引出石腦油、汽油、航空煤油和柴油餾分，自精分蒸餾塔的底部引出的產(chǎn)物為循環(huán)溶劑餾分，經(jīng)冷卻器冷卻后作為循環(huán)溶劑分別進(jìn)入高溫浸取器和漿料制備釜。

19、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟2的兩級(jí)加氫液化反應(yīng)器中，一級(jí)加氫液化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為430℃～450℃，二級(jí)加氫液化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為450℃～460℃。

20、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟5中冷卻器冷卻至360℃～380℃。

21、本發(fā)明的有益效果如下：

22、本發(fā)明在加氫液化反應(yīng)之前設(shè)置了高溫浸取器，將原煤分離為可溶組分和不溶組分煤，可溶組分不經(jīng)加氫液化反應(yīng)直接去加氫處理，只將不溶組分煤進(jìn)行加氫液化反應(yīng)。該設(shè)計(jì)將在加氫液化反應(yīng)器中同時(shí)存在可溶組分的“液-液”均相和不溶組分的“固-液”非均相反應(yīng)分開(kāi)，使這兩類反應(yīng)進(jìn)度不同的反應(yīng)不互相影響，避免可溶組分的過(guò)度加氫裂解生成氣體，有助于反應(yīng)產(chǎn)物中氣體的減少和液化油產(chǎn)率的提高。

23、不溶煤在加氫液化反應(yīng)器中進(jìn)行液化反應(yīng)時(shí)沒(méi)有均相可溶組分液膜所引起的傳質(zhì)阻力，氫分子更容易與不溶煤接觸而反應(yīng)，使不溶煤的加氫液化反應(yīng)進(jìn)行的更徹底，兩個(gè)加氫液化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度亦可根據(jù)反應(yīng)進(jìn)程不同而調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)一段加氫液化反應(yīng)器的溫度略低于常規(guī)工藝，二段加氫液化反應(yīng)器的溫度略高于常規(guī)工藝。最終，可使整個(gè)液化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和油收率更高、液化殘?jiān)漠a(chǎn)率更低。

24、一部分原煤的可溶組分不經(jīng)過(guò)加氫液化反應(yīng)器，而直接進(jìn)入液化粗油與可溶組分的加氫處理單元，減輕了加氫液化反應(yīng)器的負(fù)荷，單位反應(yīng)器可處理更多的原煤，提高了整個(gè)液化系統(tǒng)的效率。

25、由于原煤的不溶組分在加氫液化反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化更徹底，產(chǎn)物的組成更簡(jiǎn)單、品質(zhì)更好，與可溶組分混合后只需進(jìn)行一次加氫處理即可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，與傳統(tǒng)工藝相比少了1次加氫處理單元；同時(shí)由于加氫處理后液化油更輕、沸點(diǎn)范圍較低，只需配備一個(gè)常壓精分蒸餾塔即可完成產(chǎn)品的分離，與傳統(tǒng)工藝相比少了減壓蒸餾系統(tǒng)。因此，本發(fā)明工藝系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，投資更低。

26、本發(fā)明設(shè)置的兩級(jí)加氫液化反應(yīng)器，通過(guò)單獨(dú)調(diào)節(jié)各級(jí)溫度，有利于使不溶物煤發(fā)生溫度由低到高的逐級(jí)加氫液化反應(yīng)，使不溶物煤的轉(zhuǎn)化更完全，液體產(chǎn)物的收率更好。

27、本發(fā)明設(shè)置精分蒸餾塔對(duì)液化產(chǎn)物進(jìn)行精細(xì)分離，將塔底引出的餾分作為高溫浸取和油煤漿制備的循環(huán)溶劑，在循環(huán)溶劑進(jìn)入高溫浸取器和漿料制備釜之前設(shè)置冷卻器調(diào)節(jié)循環(huán)溶劑的溫度，流程短，操作簡(jiǎn)單、便捷。