本發(fā)明涉及煤化工，具體涉及一種高活性煤的梯級(jí)液化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、煤直接液化技術(shù)起源于上世紀(jì)初，煤直接液化工藝主要分為德國(guó)igor工藝、日本nedol液化工藝、美國(guó)h-coal工藝及中國(guó)神華hti液化工藝。其中，德國(guó)igor工藝的反應(yīng)操作壓力為30mpa，反應(yīng)溫度為470℃，采用的是減壓蒸餾方式分離循環(huán)溶劑，同時(shí)該技術(shù)使用的是赤泥催化劑。由于赤泥催化劑活性低，為了獲得較高油收率，因此反應(yīng)操作條件的控制較為苛刻。日本nedol液化工藝的反應(yīng)條件是17mpa，反應(yīng)溫度為450℃，該技術(shù)采用是減壓蒸餾方式分離循環(huán)溶劑，同時(shí)所使用的催化劑是超細(xì)粉碎的天然黃鐵礦。超細(xì)黃鐵礦的催化性能較好，但是該礦石硬度大，超細(xì)粉碎的難度較大，同時(shí)生產(chǎn)成本較高。美國(guó)h-coal工藝的反應(yīng)壓力為20mpa，反應(yīng)溫度為455℃，采用旋液分離和減壓蒸餾方式分離循環(huán)溶劑。由于該技術(shù)采用的是石油系催化劑，而該催化劑在煤液化反應(yīng)體系中極易失活，因此導(dǎo)致催化劑更換頻繁，從而導(dǎo)致液化油生產(chǎn)成本較高。

2、目前國(guó)內(nèi)煤直接液化方面的研究報(bào)道進(jìn)展為：

3、中國(guó)神華hti液化工藝主要是采用兩個(gè)反應(yīng)器，兩個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度是430～465℃，反應(yīng)壓力是15～19mpa，煤漿空速為0.7～1.0t/m3.h。該工藝所使用的催化劑是γ-水合氧化鐵，助催化劑為s。固液分離采用的是減壓蒸餾方式，循環(huán)溶劑采用的是沸騰床加氫工藝技術(shù)。該技術(shù)由于反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜和循環(huán)泵控制較為困難等導(dǎo)致操作難度較大。

4、cn101643660a提供了一種煤炭液化方法，該方法是將煤先經(jīng)溶劑萃取處理，脫掉煤中的灰分，降低原料煤中的惰質(zhì)組分和氧含量，然后再進(jìn)行加氫液化，實(shí)際上是由熱萃取工藝和液化工藝的一個(gè)組合工藝技術(shù)，其中液化工藝的反應(yīng)溫度是420～470℃，反應(yīng)壓力是10～30mpa，煤漿空速為0.6～1.4t/m3.h。該技術(shù)只能處理褐煤或者變質(zhì)程度類似于褐煤的低階煤，同時(shí)熱萃取過(guò)程在脫出惰質(zhì)組分的同時(shí)也會(huì)夾帶部分能夠在高溫高壓條件下轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)烴類化合物的組分，因此存在原料利用效率較低及原料適應(yīng)能力較弱的問(wèn)題。

5、cn103074097a一種煤直接液化方法及系統(tǒng)，介紹了一種將煤漿與氫氣混合，經(jīng)兩個(gè)串聯(lián)反應(yīng)器中反應(yīng)后，在第二液化反應(yīng)器出口獲得液化反應(yīng)產(chǎn)物，其中一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物返回第一液化反應(yīng)器的入口循環(huán)使用。該液化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為400～480℃，反應(yīng)壓力為10～30mpa，氣液比為600～2000nl/kg，煤漿空速為0.5～4.5h-1，該技術(shù)可以有效均衡反應(yīng)器的反應(yīng)負(fù)荷，但是會(huì)導(dǎo)致液化反應(yīng)產(chǎn)生的輕質(zhì)物料在反應(yīng)器中反復(fù)加氫和裂化，降低反應(yīng)器的利用效率，還會(huì)導(dǎo)致更高的氣產(chǎn)率，使得物料過(guò)度輕質(zhì)化。

6、上述現(xiàn)有技術(shù)在煤直接液化研究方面取得了一定的進(jìn)步，但是還存在以下技術(shù)問(wèn)題：

7、(1)系統(tǒng)中反應(yīng)器所控制的溫度均為相同溫度，其溫度均統(tǒng)一控制范圍均為400～480℃之間，系統(tǒng)的反應(yīng)壓力為10～30mpa之間，總體系統(tǒng)的反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力均較為苛刻。

8、(2)現(xiàn)有煤炭直接液化技術(shù)對(duì)液化用煤的技術(shù)實(shí)用性過(guò)于寬泛，不能有效地適應(yīng)煤中易于轉(zhuǎn)化的典型活性組分—鏡質(zhì)組、中間活性組分—?dú)べ|(zhì)組和較難裂解和加氫的組分—惰質(zhì)組進(jìn)行分級(jí)轉(zhuǎn)化。

9、(3)現(xiàn)有的煤炭直接液化技術(shù)所產(chǎn)的液化產(chǎn)物一方面存在加氫深度不夠的問(wèn)題，特別是存在反應(yīng)系統(tǒng)中生成的烯烴類物質(zhì)難以被充分飽和的問(wèn)題，故而導(dǎo)致油品的穩(wěn)定性較差，另一方面容易導(dǎo)致輕質(zhì)組分過(guò)度輕質(zhì)化，氣產(chǎn)率過(guò)高。

10、由此可見，現(xiàn)有技術(shù)還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，通過(guò)對(duì)工藝路徑進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)反應(yīng)后，高活性物料可全部實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化，同時(shí)也避免了輕質(zhì)組分被過(guò)度輕質(zhì)化和裂解為更多的氣體。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，包括以下步驟：

4、s1、制備煤漿；

5、s2、將步驟s1所得煤漿與預(yù)熱后的氫氣混合后再次預(yù)熱，之后將其通入到一級(jí)反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)液化反應(yīng)，反應(yīng)后所得物料送入第一級(jí)分離單元，經(jīng)過(guò)第一級(jí)分離單元分離后得到第一熱高分氣相部分和第一熱高分液相部分；所述的一級(jí)反應(yīng)器的溫度為320～400℃，壓力為10～18mpa；

6、s3、將第一熱高分液相部分通入到二級(jí)反應(yīng)器中進(jìn)行二級(jí)液化反應(yīng)，反應(yīng)后所得物料送入第二級(jí)分離單元，經(jīng)過(guò)第二級(jí)分離單元分離后得到第二熱高分氣相部分和第二熱高分液相部分；所述的二級(jí)反應(yīng)器的溫度為420～460℃，壓力為10～18mpa；

7、s4、將第二熱高分液相部分通過(guò)減壓蒸餾塔進(jìn)行減壓蒸餾，得到閃蒸油和煤液化瀝青；

8、s5、將第一熱高分氣相部分、第二熱高分氣相部分經(jīng)過(guò)降壓、降溫后送入常壓蒸餾塔，所述的閃蒸油也送入常壓蒸餾塔中；在與常壓蒸餾塔連接的加氫反應(yīng)器中進(jìn)行加氫精制步驟，得到粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物；

9、s6、粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物送入產(chǎn)品分餾塔中進(jìn)行常壓分餾，獲取不同溫度區(qū)間的組分。

10、上述的一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，步驟s1中，煤漿是由煤粉、催化劑、助催化劑及循環(huán)溶劑制備而成，煤粉的粒度小于100目，所述的催化劑為鐵系催化劑或含有鎳、鉬元素的粉狀催化劑；所述的助催化劑為富含硫的有機(jī)化合物；所述的循環(huán)溶劑為含有2～4環(huán)的芳烴或部分飽和的芳烴化合物，芳烴、部分飽和的芳烴化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥40％；所述的煤漿中煤粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～55％；所述的催化劑的添加量為煤粉質(zhì)量的0.1～2.0％。

11、上述的一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，步驟s2中，煤漿和預(yù)熱后的氫氣混合預(yù)熱溫度為200～300℃；所述的一級(jí)反應(yīng)器的溫度為350～400℃，所述的二級(jí)反應(yīng)器的溫度為440～455℃；一級(jí)反應(yīng)器、二級(jí)反應(yīng)器的壓力為13～15mpa；一級(jí)反應(yīng)器、二級(jí)反應(yīng)器中氣液比為600～2000nl/kg，煤漿空速為0.2～3-1。

12、上述的一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，所述的鐵系催化劑為天然礦石、工業(yè)廢渣、鐵的化合物或合成的納米級(jí)水合氧化鐵；所述的粉狀催化劑為研磨后的礦粉。

13、上述的一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，所述的煤漿中煤粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～50％；催化劑的添加量為煤粉質(zhì)量的0.5～1％；助催化劑中含有的有效硫與催化劑的活性金屬的摩爾比為0.2～4：1。

14、上述的一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，步驟s4中，減壓蒸餾的系統(tǒng)控制其真空度<1000pa，控制煤液化瀝青的軟化點(diǎn)為150～210℃。

15、上述的一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，步驟s5中，加氫精制步驟所需加氫反應(yīng)器為固定床或沸騰床反應(yīng)器，加氫催化劑為負(fù)載型催化劑，所述的負(fù)載型催化劑的載體為氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、黏土中的一種或幾種的混合物，活性金屬為鎳、鉬、鈷中的一種或者多種；加氫反應(yīng)溫度為250～350℃，反應(yīng)壓力為10～18mpa，氣液比為7001600，空速為0.3～2h-1。

16、上述的一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，步驟s6中，不同溫度區(qū)間分別為：t<170℃、170℃≤t﹤220～260℃、t≥220～260℃。

17、本發(fā)明的再一目的在于提供一種高活性煤的梯級(jí)液化系統(tǒng)，其包括煤漿配制罐、煤漿預(yù)熱器、一級(jí)反應(yīng)器、第一級(jí)分離單元、二級(jí)反應(yīng)器、第二級(jí)分離單元、常壓蒸餾塔、加壓蒸餾塔、加氫反應(yīng)器、油氣分離器及產(chǎn)品分餾塔；

18、所述的煤漿配制罐用于將煤粉、催化劑、助催化劑和循環(huán)溶劑混合，并配制成煤漿；

19、所述的煤漿預(yù)熱器用于對(duì)煤漿與氫氣進(jìn)行預(yù)熱；

20、所述的一級(jí)反應(yīng)器用于發(fā)生一級(jí)液化反應(yīng)，經(jīng)過(guò)一級(jí)液化反應(yīng)后的物料進(jìn)入與所述的一級(jí)液化器連接的第一級(jí)分離單元；

21、所述的第一級(jí)分離單元用于將物料進(jìn)行分離，得到第一熱高分氣相部分和第一熱高分液相部分；

22、所述的第二級(jí)分離單元用于對(duì)第一熱高分液相部分進(jìn)行二級(jí)液化，并得到第二熱高分氣相部分和第二熱高分液相部分；

23、所述的減壓蒸餾塔用于對(duì)第二熱高分液相部分進(jìn)行減壓蒸餾，并制備得到閃蒸油和煤液化瀝青；

24、所述的加氫反應(yīng)器用于對(duì)閃蒸油、降溫、降壓后的第一熱高分氣相部分、第二熱高分氣相部分進(jìn)行加氫精制；

25、所述的油氣分離器用于對(duì)加氫精制后的物料進(jìn)行分離，所述的分餾塔用于獲取不同溫度區(qū)間的組分。

26、上述的煤漿預(yù)熱器、一級(jí)反應(yīng)器、二級(jí)反應(yīng)器均為沒(méi)有內(nèi)構(gòu)件的鼓泡床反應(yīng)器。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明帶來(lái)了以下有益技術(shù)效果：

28、本發(fā)明提供了一種高活性煤的梯級(jí)液化方法，通過(guò)對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，如經(jīng)過(guò)一級(jí)反應(yīng)器反應(yīng)后的物料進(jìn)入第一級(jí)分離單元，在第一級(jí)分離單元分離出第一熱高分氣相部分和第一熱高分液相部分，其中第一熱高分氣相部分經(jīng)過(guò)降溫降壓后進(jìn)行深度加氫獲得產(chǎn)品，第一熱高分液相部分再通入到二級(jí)反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，并通過(guò)第二級(jí)分離單元分離；本發(fā)明一級(jí)反應(yīng)器、二級(jí)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度均顯著低于現(xiàn)有技術(shù)中液化的溫度，考慮到反應(yīng)系統(tǒng)的整體控制，因此一級(jí)反應(yīng)器、二級(jí)反應(yīng)器的反應(yīng)壓力相等，二者溫度相差在50～90℃，易于反應(yīng)的組分能在較低的溫度和壓力下就開始發(fā)生反應(yīng)，難以反應(yīng)的組分則需要更為苛刻的反應(yīng)條件，因此本發(fā)明有針對(duì)性的設(shè)置了一級(jí)反應(yīng)器和二級(jí)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度。這樣的設(shè)計(jì)方式可以避免輕質(zhì)組分被過(guò)度輕質(zhì)化和裂解為更多的氣體。

29、本發(fā)明中的一級(jí)反應(yīng)器、二級(jí)反應(yīng)器均可以將氣體從系統(tǒng)中分離出去，避免了低烴氣體的進(jìn)一步裂解和消耗氫氣，提高了反應(yīng)器的處理效率。

30、本發(fā)明中的減壓蒸餾可以將固相物料更好的保留在煤液化瀝青中，從而保障了粗油加氫催化劑的長(zhǎng)周期運(yùn)行。