一种煤直接液化的沸腾床强化反应系统及工艺

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种煤直接液化的沸腾床强化反应系统及工艺。

背景技术

通常用于煤液化油催化加氢的工艺主要是固定床加氢工艺。固定床反应器特别适于处理较轻和较干净的物料，如石脑油、中间馏分油等。固定床反应器的特点是操作比较平稳、控制也较容易。由于煤液化油较重且含较多机械杂质，催化反应条件会比较苛刻，同时高氮原料会加速催化剂的失活，催化剂使用周期变短，使产品性质不稳定，并且催化剂床层压降较高。为使产品达标，采用固定床加氢工艺时需要在反应器系统增加较复杂的设计从而导致建设成本和操作成本均相应增加。

在沸腾床加氢工艺中，通过定期加入新鲜催化剂和排出失活催化剂使反应器内的催化剂活性维持在较高水平。这一特点使其能处理较重且含较多机械杂质的原料而不堵塞反应床层，在整个操作周期内都可以生产质量均衡的产品，而且装置生产周期长。同时，沸腾床加氢工艺还具有操作灵活，原料适应性广，较固定床系统投资低等优点。因此，沸腾床加氢工艺是一种很好的煤液化油加氢处理工艺。

中国专利申请CN02109674.0公开了一种串级式沸腾床渣油加氢方法及设备，在一个两段以上的串级沸腾床反应器内使用多种催化剂组合的方式进行渣油加氢反应。沸腾床反应器内设有带浮阀结构的进料分布板和由导流构件、挡流构件、气液隔离板和破沫器构成的三相分离部件。该工艺反应器内使用了大量内构件，一方面造成结构复杂、设备成本高，并且导致反应器规模增大、操作不稳定；另一方面由于减小了反应器的有效体积，导致反应的能耗和效率变差，同时反应压强较高，整体装置安全性较差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤直接液化的沸腾床强化反应系统及工艺，用以解决煤加氢液化反应时反应器压力高，能耗高的问题。

一方面，本发明提供了一种煤直接液化的沸腾床强化反应系统，包括：

油煤浆配制单元，用于将煤粉和溶剂混合制成油煤浆，并将油煤浆加热通过管道输送到下一个单元；

沸腾床反应器，与所述油煤浆配制单元相连，作为油煤浆与氢气反应的场所；

微界面发生器，其设置在所述沸腾床反应器内部，与氢气进气管道相连，在进行加氢液化反应时使来自进气管道的氢气气泡破碎形成直径大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡，从而增大了油煤浆与氢气间的传质面积，同时减小了液膜厚度，降低了传质阻力，使破碎后的微气泡与沸腾床反应器内的液相物料形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化煤浆与氢气间的传质效率和反应效率；

循环单元，其设置在所述沸腾床反应器的物料出口管道上，用以对沸腾床反应器排出的物料进行初步分离和循环处理；

分离单元，其与所述循环单元相连，用于对来自循环单元的气相和部分液相物料进行分离。

进一步地，所述沸腾床反应器中设有至少一条催化剂加剂管道。

进一步地，所述油煤浆配制单元包括：

油煤浆配制装置，用以将煤粉和溶剂混合制成油煤浆；

升压泵，设置在连接所述油煤浆配制装置与所述沸腾床反应器的管道上，用以对油煤浆进行升压；

加热炉，设置在连接所述油煤浆配制装置与所述沸腾床反应器的管道上，用以对油煤浆进行加热。

进一步地，所述循环单元包括热高压分离器和循环泵；所述热高压分离器用于将来自所述沸腾床反应器的反应物料分离成气相和液相，所述循环泵用于将所述热高压分离器分离得到的部分液相物料送回所述沸腾床反应器中。

进一步地，所述分离单元包括：冷高压分离器、热低压分离器、冷低压分离器；

冷高压分离器，用于对来自所述热高压分离器并经冷却后的气相物料进行分离，并将分离出的液相减压后送去冷低压分离器，分离出的气相作为循环氢返回氢气进气管道；

热低压分离器，用于对来自所述热高压分离器并经减压后的部分液相物料进行分离，并将分离出的液相残渣送去下游装置，分离出的气相冷却后送入冷低压分离器；

冷低压分离器，用于对来自所述冷高压分离器和热低压分离器的物料进行分离，以分离出产品油。

进一步地，至少一个所述微界面发生器设置在所述沸腾床反应器内部，微界面发生器为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器和气液联动式微界面发生器中的一种或多种。

进一步地，所述热高压分离器内设有从其底部向上延伸的第一挡板和第二挡板，两个挡板将所述热高压分离器分为三部分，包括第一部分，中间部分和第二部分；

第一部分的底部通过管道连接至所述循环泵，用以将物料输送回所述沸腾床反应器；

中间部分的顶部通过管道与所述沸腾床反应器的物料出口相连，用以回收来自所述沸腾床反应器中的催化剂；

第二部分的底部通过管道与所述热低压分离器相连，用以将物料输送到所述分离单元中；

所述热高压分离器的顶部还设有气相出口管道，可以将气体排放至所述冷高压分离器中。

另一方面，本发明提供了一种煤直接液化的沸腾床强化工艺，包括：

步骤1、将煤粉和溶剂混合后形成的油煤浆通入沸腾床反应器中；

步骤2、油煤浆进入所述沸腾床反应器中进行加氢液化处理，设置在所述沸腾床反应器中的微界面发生器将来自气体输送管道的氢气打碎成微米级气泡，氢气微米级气泡通过微界面发生器上的小孔扩散到油煤浆中，与油煤浆形成气液乳化物，进行加氢液化反应，用以得到轻质馏分和馏出油；

步骤3、反应产物通过物料出口进入循环单元，并在循环单元中经热高压分离器分离，分离得到的气相和另一部分液相物料进入所述分离单元；

步骤4、分离单元中的冷高压分离器将来自热高压分离器的气相物料进行分离，并将分离出的液相减压后送去冷低压分离器，分离出的气相作为循环氢返回氢气进气管道；

步骤5、热低压分离器对来自所述热高压分离器并经减压后的部分液相物料进行分离，并将分离出的液相残渣送去下游装置，分离出的气相冷却后送入所述冷低压分离器；

步骤6、所述冷低压分离器对来自所述冷高压分离器和所述热低压分离器的物料进行分离，用以得到产品油。

进一步地，所述热高压分离器分离得到的一部分液相产物经所述沸腾床反应器的物料入口返回沸腾床反应器，以保证煤直接液化加氢的反应始终在液体中进行。

进一步地，所述沸腾床反应器加氢液化处理时的反应温度为400-450℃，压力为2-14MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于在所述沸腾床反应器中设置微界面发生器，进气管道中进入的氢气在与油煤浆混合之前先被排入微界面发生器中，氢气在微界面发生器中被打碎成为微米级别的小气泡，这些微米级气泡具有附加压力，它们之间彼此碰撞时不容易相互聚并，因此相对于未打碎前的氢气具有更大的相间面积；因此这些微米级气泡更容易与油煤浆混合形成气液乳化物，增加煤液化加氢反应时的产物收率。

尤其，所述微界面发生器可以将排入的氢气打碎成微米级气泡使得气压大大降低，从而降低了所述沸腾床反应器中的反应压力，节约了能耗，使得整个反应装置更安全。

进一步地，所述循环单元的热高压分离器采用卧式罐状设计，且其罐状壳体内设有挡板，可以有效防止催化剂粉末及其它固体颗粒进入循环泵系统，从而降低了对循环泵的磨损，延长了使用寿命。

尤其，所述热高压分离器会将分离出的一部分液相产物返回沸腾床反应器中，以保证沸腾床反应器中有足够的油煤浆和液相产物等液体，使从微界面发生器排出的氢气可以充分地溶入液相中形成气液乳化物，以保证反应可以高效进行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的煤直接液化的沸腾床强化反应系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1所示，为本发明提供的一种煤直接液化的沸腾床强化反应系统的结构示意图，此系统包括：油煤浆配制单元1、微界面发生器2、沸腾床反应器3、循环单元4、分离单元5。

具体而言，所述油煤浆配制单元1包括油煤浆配制装置11，升压泵12和加热炉13，油煤浆配制装置11用于将煤粉和溶液进行混合以形成油煤浆并将其沿着管道通入沸腾床反应器3中；升压泵12和加热炉13依次串联在连接油煤浆配制装置11和沸腾床反应器3的管道上，用以对油煤浆进行升压和加热。

请继续参阅图1所示，微界面发生器2设置在沸腾床反应器3的内部，从输气管道中来的氢气在微界面发生器2中进行打碎，氢气被微界面发生器打碎成微米级别的微小气泡，使其相对于没有打碎之前更容易溶于来自油煤浆配制单元1中的油煤浆，从而形成气液乳化物；氢气和油煤浆以气液乳化物的形式在沸腾床反应器3中进行反应。

请继续参阅图1所示，循环单元4包括热高压分离器41和循环泵42。其中，所述热高压分离器41用于将来自沸腾床反应器3顶部的反应物料分离成气相和液相，循环泵42用于将热高压分离器41分离得到的液相物料的一部分送回沸腾床反应器3的底部，以维持沸腾床反应器3内反应物料的正常流动。

具体而言，在沸腾床反应器3的顶部设有通过管道连接至循环单元4的物料出口，使沸腾床反应器3内的物料可以经其物料出口送至循环单元4的热高压分离器41；在沸腾床反应器3的底部设有通过管道与循环单元4相连通的物料入口，使物料可以从循环单元4回流至沸腾床反应器3内。本领域设计人员可以理解的是，热高压分离器41为卧式罐状的分离器，当然热高压分离器41也可以是其它适合类型的分离器。在热高压分离器41内分别设有从其底部向上延伸的第一挡板 411和第二挡板412，从而将热高压分离器41分为上部连通的三部分（即第一、第二挡板411、412并不延伸至热高压分离器41的顶部）：位于第一挡板411与第二挡板412之间的中间部分413、位于第一档板411一侧的第一部分414以及位于第二挡板412一侧的第二部分415。第一部分414的底部通过管道连接至循环泵42。所述中间部分413 的顶部通过管道与沸腾床反应器3顶部的物料出口相连。第二部分415的底部通过管道与分离单元5相连，以分离出目标产物。同时热高压分离器41的顶部还设有气相出口管道416。

来自沸腾床反应器3的物料进入热高压分离器41后，气相物料自气相出口管道416离开，夹带有固体催化剂的液相物料首先落入中间部分413，然后分别通过第一挡板411、第二档板412溢流进入第一部分414和第二部分415。此时，催化剂颗粒大部分沉积在中间部分413。第一部分414将溢入的液相物料送回沸腾床反应器3，第二部分415将溢入的液相物料送到下一个处理单元。

请继续参阅图1所示，分离单元5包括：冷高压分离器51、热低压分离器52和冷低压分离器53；冷高压分离器51将来自所述热高压分离器气相出口管道416排出的气相物料进行分离，并将分离出的液相减压后排入冷低压分离器53中，分离出的气相作为循环氢返回氢气进气管道；热低压分离器52与热高压分离器41的第二部分415相连，对来自热高压分离器41并经减压后的部分液相物料进行分离，并将分离出的液相残渣送去下游装置，分离出的气相冷却后送入冷低压分离器53；冷低压分离器53用于对来述冷高压分离器51和热低压分离器的物料52进行分离，以分离出产品油，分离所得油品可以进入下游精馏系统进一步处理。

本发明中所采用的加氢催化剂为以氧化铝为载体的加氢催化剂，其生产厂家为北京三聚环保新材料股份有限公司，牌号为FFT-1B。催化剂在反应器内的填充体积为有效体积的60%，催化剂的补充量为 1吨/天。

沸腾床反应器加氢液化处理时的反应温度为400℃，压力为2-14MPa，优选3-8MPa，液时空速0.7-1.2h

反应效果如表1所示：

表1

沸腾床反应器加氢液化处理时的反应温度为420℃，压力为2-14MPa，优选2-6MPa，液时空速0.7-1.2h

反应效果如表2所示：

表2

沸腾床反应器加氢液化处理时的反应温度为450℃，压力为2-14MPa，优选2-8MPa，液时空速0.7-1.2h

反应效果如表3所示：

表3