一種煤基重質(zhì)原料催化漿料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤基重質(zhì)原料加氫輕質(zhì)化工藝的領(lǐng)域，并提供了一種煤基重質(zhì)原料催 化漿料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在近百年的煤直接加氫液化方法研究中，煤的加氫催化反應(yīng)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)始終 是煤液化研究與開(kāi)發(fā)的主要方向。由于煤基重質(zhì)原料的生成前質(zhì)、沉降環(huán)境與生成過(guò)程不 同，煤基重質(zhì)原料的有機(jī)相在組成方面具有聚組分特性。這是造成直接加氫輕質(zhì)化方法具 有多樣性的主要原因之一，同時(shí)這也限制了可利用的煤炭資源來(lái)源多樣性以及煤直接加氫 液化方法的發(fā)展。
[0003] 除了煤基重質(zhì)原料來(lái)源的多樣性以外，造成這一現(xiàn)象的另外的原因之一在于，采 用現(xiàn)有的煤直接加氫液化制漿工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)漿料的煤基重質(zhì)原料的有機(jī)相中有效相的富 集與漿料的標(biāo)準(zhǔn)化。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中的制漿工藝基本上均基于粉體工藝，其中至少涉 及煤粉的脫水、混合均質(zhì)以及溶劑混配。在干燥煤粉的過(guò)程中，由于煤粉易燃、易爆，因而導(dǎo) 致用于安全保護(hù)措施的系統(tǒng)在體積和造價(jià)方面均遠(yuǎn)大于粉體工藝本身。
[0004] 在煤基重質(zhì)原料加氫輕質(zhì)化過(guò)程中，在使用確定的加氫催化反應(yīng)系統(tǒng)的情況下， 漿料中煤基重質(zhì)原料的有機(jī)相元素（C+H)含量不僅決定了可被用作煤基重質(zhì)原料的地質(zhì) 資源量，而且決定了加氫輕質(zhì)化工藝的效率以及加氫工藝系統(tǒng)操控的穩(wěn)定性與安全性，還 決定了輕質(zhì)化產(chǎn)物的品質(zhì)與耗氫量。
[0005] 在煤基重質(zhì)原料漿料中，原料有效相含量=煤基重質(zhì)原料總量-無(wú)機(jī)相（Ad+Mad) 含量-有機(jī)相中無(wú)效相（0+S+N+其它元素）含量。在無(wú)效相中，0元素含量占主導(dǎo)低位，并 且與有機(jī)相的平均成熟度R°相關(guān)，平均成熟度R°越低則含氧量越大，反之亦然。
[0006] 通常，煤基重質(zhì)原料有機(jī)相中0元素的含量主要對(duì)應(yīng)于在R°min(最小）與R°max(最大）成熟度區(qū)間中的低成熟度（彡0. 50)的組分區(qū)間。
[0007] 在煤基重質(zhì)原料中成熟度R° <0. 5的組分區(qū)間內(nèi)，有機(jī)相中0元素的存在形式主 要為羧基-COOH與羥基-0H。因此，在厭氧環(huán)境下，通過(guò)提高溫度與壓力脫除組分中的-COOH 與-OH基團(tuán)來(lái)提高R°min值，并降低區(qū)間分布AR° =R°max-R°min(即，使組分均一 化并提高平均成熟度R° )。這將大大改善煤基重質(zhì)原料有機(jī)相中的有效相的含量，實(shí)現(xiàn)有 機(jī)相的富集，減小加氫輕質(zhì)化反應(yīng)過(guò)程中的波動(dòng)和耗氫量。
[0008] 因此，通過(guò)將用于加氫輕質(zhì)化的煤基重質(zhì)原料漿料進(jìn)行部分脫氧，不僅可以實(shí)現(xiàn) 有機(jī)相的富集，還能擴(kuò)展可利用的資源來(lái)源。此外可以提高有效相在漿料中的含量和漿料 組成的均一性，進(jìn)一步提高加氫輕質(zhì)化效率，并且同時(shí)可以脫除煤基重質(zhì)原料的無(wú)機(jī)相中 的水，使?jié){料的總含水率降低至彡〇. 2wt%的API原油加工標(biāo)準(zhǔn)。
[0009] 在煤基重質(zhì)原料加氫輕質(zhì)化工藝中，漿料的輸運(yùn)性是漿料標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)，其決定 了加氫輕質(zhì)化工裝流程設(shè)計(jì)與裝置的效率與標(biāo)準(zhǔn)化。漿料的輸運(yùn)性是煤基重質(zhì)原料各組 分含量，包括在漿料中的有機(jī)相的溶解相、溶脹分散相、非溶脹分散相以及無(wú)機(jī)分散相的函 數(shù)。
[0010] 煤基重質(zhì)原料漿料的輸運(yùn)性質(zhì)與漿料中分散相的濃度與分散相的溶脹程度直接 相關(guān)。因此，在漿料中原料含量相同條件下，溶脹分散相的體積分?jǐn)?shù)對(duì)油漿流體的粘度貢獻(xiàn) 最大，并粘溫關(guān)系最明顯；降低漿料中分散相的結(jié)構(gòu)性是提高漿料輸運(yùn)性的必要前提。
[0011] 現(xiàn)有的煤漿漿料制備工藝中，由于低變質(zhì)煤（R° < 〇. 50)在漿料中高溫下的溶 (熔）脹性，極易在管路中形成"塞流"，造成管路結(jié)焦，極大限制了漿料中原料的濃度與裝 置操作的安全性。
[0012] 最近,依據(jù)重質(zhì)原料加氫輕質(zhì)化反應(yīng)機(jī)理的相近原則而發(fā)展起來(lái)一種通用型重質(zhì) 原料催化漿料加氫輕質(zhì)化工藝，如已經(jīng)提交尚未公開(kāi)的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN201410028794. 2 中所公開(kāi)的。該工藝中使用具有催化功能的催化流體對(duì)重質(zhì)原料進(jìn)行溶解、分散和/或稀 釋?zhuān)俳?jīng)處理后制得重質(zhì)原料催化漿料，隨后在加氫反應(yīng)條件下對(duì)所述重質(zhì)原料催化漿料 進(jìn)行催化和供氫，由此制得輕質(zhì)化餾分油與裂解氣。其中經(jīng)處理后的重質(zhì)原料催化漿料的 范氏粘度彡 2〇〇〇MPa?s(8〇°C)、靜切應(yīng)力彡35MPa?m2(8〇°C)和工業(yè)穩(wěn)定比彡0? 8〇。
[0013] 因此，該工藝不同于以往地可以將均質(zhì)分散流體作為操作對(duì)象，從而能夠避免使 用高溫高壓多相循環(huán)裝置。
[0014] 該工藝中關(guān)鍵的步驟是在將重質(zhì)原料與催化流體混合之后，使制得的重質(zhì)原料和 催化流體的混合物至少進(jìn)行熟化步驟。在熟化步驟中混合物會(huì)發(fā)生脫氣和脫水過(guò)程（盡管 也不排除對(duì)其另外進(jìn)行脫氣和脫水處理的可能性），從而將例如煤基重質(zhì)原料中的游離水 含量大大降低，并可將煤基重質(zhì)原料中的結(jié)構(gòu)水（含氧量）控制在相對(duì)穩(wěn)定的水平。另外 發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)如此熟化步驟之后，漿料的流動(dòng)性能夠得到大大的改善，從而使得有可能簡(jiǎn)化 后續(xù)的操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 鑒于現(xiàn)有的煤基重質(zhì)原料漿料制備方法中存在的問(wèn)題以及基于新近提出的通用 型重質(zhì)原料催化漿料加氫輕質(zhì)化工藝，本發(fā)明人提出了一種改進(jìn)的煤基重質(zhì)原料加氫輕質(zhì) 化工藝，特別提供了一種改進(jìn)的煤基重質(zhì)原料催化漿料的制備方法。
[0016] 在改進(jìn)的方法中，通過(guò)在熟化步驟中進(jìn)一步優(yōu)化控制參數(shù)而盡可能最優(yōu)化地脫除 煤的有機(jī)相中部分氧元素（AO=Ogfl-有機(jī)相收率XOsuw^w)，減少成熟度AR°分布區(qū) 間，提高有機(jī)相的平均成熟度R°，實(shí)現(xiàn)煤基重質(zhì)原料中有效相富集，同時(shí)脫除無(wú)機(jī)相中的 水。另外，還可進(jìn)一步通過(guò)陳化/均質(zhì)化步驟來(lái)優(yōu)化熟化煤基重質(zhì)原料的預(yù)溶脹，改善煤粉 顆粒與溶劑的潤(rùn)濕性，提高加氫原料漿料的輸運(yùn)性質(zhì)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)漿料的標(biāo)準(zhǔn)化。
[0017] 本發(fā)明的改進(jìn)的煤基重質(zhì)原料催化漿料的制備方法改進(jìn)了現(xiàn)有的制漿方法的流 程，特別是改進(jìn)了現(xiàn)有方法中所采用的煤粉熱氣體干燥脫水、粉體混合原料均質(zhì)步驟，從而 使煤粉干燥脫水、粉體混合原料均質(zhì)步驟中的安全保護(hù)措施的工藝系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。同時(shí)優(yōu) 化了漿料中有效相的富集與漿料的標(biāo)準(zhǔn)化，使煤基重質(zhì)原料催化漿料的隨后的加氫輕質(zhì)化 過(guò)程易于控制，而且提高了產(chǎn)品（煤基重質(zhì)原料催化漿料以及最終輕質(zhì)化產(chǎn)品）的品質(zhì)。
[0018] 因此，本發(fā)明提供了一種煤基重質(zhì)原料催化漿料的制備方法，所述方法包括使煤 基重質(zhì)原料經(jīng)歷以下步驟以制備煤基重質(zhì)原料催化漿料，
[0019] 1)制備初始煤基重質(zhì)原料楽料，
[0020] 2)熟化初始煤基重質(zhì)原料漿料，
[0021] 3)任選地使經(jīng)熟化的煤基重質(zhì)原料漿料脫水、脫氣和除砂。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施方案中，還可以使脫水、脫氣和除砂之后的經(jīng)熟化的煤基重質(zhì)原料漿 料陳化均質(zhì)化。這里，所述的"陳化均質(zhì)化"指的是將重質(zhì)原料漿料在陳化設(shè)備中進(jìn)行處理 并使其均質(zhì)化的操作。
[0023] 其特征在于，調(diào)整熟化初始煤基重質(zhì)原料漿料的反應(yīng)條件，使得經(jīng)熟化的煤基重 質(zhì)原料楽料中有機(jī)相的氧含量< 13.Owt%或者0元素的脫除率=5-60.Owt%。取決于初 始煤基重質(zhì)原料中的氧含量而選擇上述優(yōu)化目標(biāo)之一，即氧含量< 13.Owt%或者0元素的 脫除率=5-60.Owt%。
[0024] 借助本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)煤基重質(zhì)原料漿料中有機(jī)相的脫氧與漿料中有效相 的富集。通過(guò)煤基重質(zhì)原料的分散、脫水、脫灰（脫砂）、預(yù)溶脹等制備出的標(biāo)準(zhǔn)化的煤基重 質(zhì)原料催化漿料具有有效相含量高、原料與原料組分均質(zhì)程度高和漿料輸運(yùn)性質(zhì)良好等性 質(zhì)。
[0025] 以下對(duì)本發(fā)明的方法所涉及的步驟進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026] 1、制各初始煤某重質(zhì)原料槳料
[0027] 本發(fā)明所公開(kāi)的改進(jìn)方法基于如CN201410028794. 2中所公開(kāi)的重質(zhì)原料催化漿 料加氫輕質(zhì)化方法，同時(shí)初始煤基重質(zhì)原料漿料的制備也類(lèi)似于該申請(qǐng)中的對(duì)應(yīng)步驟進(jìn) 行，因此這里將該篇文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容引用作為參考。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用催化流體對(duì)煤基重質(zhì)原料進(jìn)行溶解、分散和/或稀釋 來(lái)制備初始煤基重質(zhì)原料漿料。其中，催化流體與煤基重質(zhì)原料的混合比例可以為 例如1:0. 5 -1. 5 ;所制備得到的初始煤基重質(zhì)原料漿料中原料濃度范圍可以為例如 33.