一种制备军用单一燃料的方法与流程

本发明属于煤化工领域，涉及一种煤液化油品加工利用方法，具体涉及一种利用煤直接液化和煤间接液化生成油生产军用装备单一燃料的制备方法。

背景技术：

1、现代战争要求快速、高效、及时、准确的油料供应，油料保障已经成为决定战争胜负的关键环节之一。由于大量机械化、先进装备在战场上应用，对油料的质量、性能要求越高，油料保障任务十分艰巨。而在现有军用单一燃料供应体系中，一般使用不同的燃料对装备进行油料保障，燃料品种太多已经成为困扰油料供应、管理和使用的一个难题，给油料补给工作带来很大麻烦。使用一体化通用燃料，可以简化后勤供应保障，提高装备的临战状态，有利于不同兵种的协同作战和联合作战。

2、所谓军用单一燃料是指在战场环境下，所有地面车辆装备和航空装备均使用同一种燃料。由于海军舰船、舰载飞机对燃料具有特别的要求，所有单一燃料不涉及海军装备。美军自20世纪80年代开始提出并逐步实施单一燃料计划(sfc)，以提高油料后勤保障效率，减轻油料保障压力，有效简化了后勤保障系统，其在越南战场上的深刻教训和在海湾战争中实现单一燃料所取得的实战经验，从正反两方面充分证明了燃料单一化对军用装备的重大作用。我军装备用油方式和补给手段同发达国家相比还有很大差距。

3、从军用油品需求来看，伴随着我国军用飞机和地面装备的快速发展，对燃料的动力等性能提出了更高的要求，需要具备高密度、高能量、更好的推进力以及更优良的体积性质等一系列特点。传统的军用单一燃料目前均为石油基燃料，但由于自身组成结构的原因，其密度、能量等性能都已经达到极限，且石油基燃料的高温热稳定性、低温流动性也存在先天的不足，在一定程度上影响了其使用性能。

4、煤炭是我国最重要的能源资源，“富煤、少油、有气”的能源资源禀赋特点决定了煤炭在相当长一段时间内，仍将在中国的能源体系中占据主导地位。目前，中国原油对外依存度已超过70％，合理利用中国丰富的煤炭资源，开发煤制油技术作为石油资源的补充，对于保障中国的能源安全和化工原料来源具有十分重要的战略意义。

5、煤制油(coal-to-liquids，ctl)是以煤炭为原料，通过化工过程生产油品和化工产品的一项技术，包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤直接液化是在高温高压和催化剂下，煤分子发生c—c键断裂产生自由基碎片，在h2和循环供氢溶剂作用下，生成清洁的液体燃料和其它化工产品的过程。煤间接液化是把煤气化成co和h2，再通过费托合成转化为烃类燃料。与常规石油基燃料相比，煤直接液化燃料具有密度大、高热容、高热安定性、低硫氮、低芳烃和超强的低温流动性能等特性，煤间接液化燃料十六烷值高、净热值高、几乎不含硫氮和芳烃，两者联合加工具有生产军用单一燃料的潜质。

6、ep0321713公布了一种从煤液化重质油生产大比重航空煤油的方法。该方法中，原料首先进行加氢裂化，裂化产物的轻馏分经冷却后进入加氢处理反应器，进行加氢脱氮，产物再进入第三个加氢反应器进行缓和加氢处理，使得芳烃饱和。该方法的特点是以重质煤液化油为原料，先进行加氢裂化，然后进行加氢精制、芳烃饱和，以生产大比重航空煤油。

7、cn103305266b提供了一种利用煤焦油、煤直接液化生成油和煤油共炼生成油制备多种军用单一燃料的方法，将煤直接液化生成油、煤油共炼生成油或预处理后的煤焦油的一种或多种得到的原料油经蒸馏切割为至少得到轻质馏分和重油馏分，轻质馏分进入加氢精制反应器进行加氢精制，加氢精制生成油经冷却、气液分离后进入分馏塔进行分馏，获得军用单一燃料。

8、cn2234518提供了一种以富含二环、多环芳烃原料生产大比重航空煤油的方法。富含芳烃的原料可以来自催化裂化轻循环油、煤焦油、煤液化油或页岩油等。原料油与氢气混合后进入第一加氢反应器进行加氢脱硫、脱氮反应，第二反应器采用含氟的贵金属催化剂进行脱芳烃，以改善产品质量。为保障二反规进行催化剂的活性稳定，一反、二反之间需设分离器将生成的h2s、nh3分离出去。

9、cn102304387a公开了一种煤基高密度喷气燃料的生产方法，该方法介绍了由煤直接液化油经膨胀床加氢处理后分离的轻中质馏分，再进行固定床深度加氢精制后分离得到的符合喷气燃料标准的高密度喷气燃料。

10、cn108130114a公开了一种主要以石油焦为原料制备军用单一燃料的方法。采用该发明的方法制备得到的军用单一燃料，可作为航空飞行器所用，或者是作为燃料添加剂，以燃料添加剂的形式添加到军用单一燃料中，燃料具有c16:1.04g/cm3，能有效的提高飞行器携带能量，降低发动机的油耗，满足大航程、高航速、远射程的要求。

11、与现有技术不同的是，本发明创新性地提供了一种利用煤直接和煤间接液化粗油耦合提质加工生产军用单一燃料的方法，生产的军用单一燃料主要指标能够同时满足gb6537《3#喷气燃料》和gjb 3075《军用柴油规范》标准指标要求，即满足军用地面车辆装备和航空装备的使用指标要求。

技术实现思路

1、本发明为弥补现有技术的不足，提供一种制备军用单一燃料的方法，采用煤直接和煤间接液化油品联合加工制备适于现代军用装备使用的单一燃料，该方法制备的军用单一燃料的主要指标能够同时满足gb 6537《3#喷气燃料》和gjb 3075《军用柴油规范》标准技术要求，即密度(20℃)775-830kg/m3、冰点≤-47℃、净热值≥42.8mj/kg、烟点≥25.0mm、热安定性≤3.3kpa、润滑性wsd≤0.65mm及十六烷值≥45、闪点≥50℃、凝点≤-50℃、冷滤点≤-44℃、多环芳烃含量≤7w％。该方法制备的军用单一燃料满足军用地面车辆柴油机装备和航空涡轮发动机装备的使用要求，而且适用于军用地面车辆柴油机装备在最低气温-44℃以上地区均可使用。与现有煤直接液化和间接液化油品提质加工工程化工艺相比，可以改善加工条件，降低工艺复杂度，减少加工成本，优化产品品质。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种制备军用单一燃料的方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)将通过煤直接液化工艺得到的煤直接液化粗油进行蒸馏切割得到煤直接液化油，将通过煤间接液化工艺得到的煤间接液化粗油进行蒸馏切割得到煤间接液化油；

5、(2)将步骤(1)中的煤直接液化油与煤间接液化油进行混合，得到煤液化混合油；

6、(3)将步骤(2)得到的煤液化混合油与氢气混合后进入加氢反应器，在加氢反应器中与加氢催化剂接触进行加氢精制反应，得到煤液化加氢生成油；

7、(4)将步骤(3)所得煤液化加氢生成油进行分馏切割，得到军用单一燃料。

8、在本发明中，所述煤直接液化粗油是通过煤直接液化工艺得到的液化粗油，例如可由离开煤直接液化反应器的产物油经脱除轻组分和固渣所得，也即无需进一步加氢重整或加氢精制，其馏程可以为30～500℃。

9、在本发明中，所述的煤直接液化油是煤直接液化粗油经蒸馏切割得到；在较佳的实施方式中，所述煤直接液化粗油进行蒸馏切割时，其切割温度为260～280℃比如265、270或275℃，即取该切割温度以下馏分作为煤直接液化油。

10、在本发明中，所述的煤间接液化粗油是经低温费托合成工艺得到的合成粗油，例如可由离开费托反应器的产物油经脱除轻组分和固渣所得，也即无需进一步加氢重整或加氢精制，其馏程可以为30～500℃。

11、在本发明中，所述的煤间接液化油是煤间接液化粗油蒸馏切割得到；在较佳的实施方式中，所述煤间接液化粗油进行切割时，其切割温度为300～320℃，比如305、310或315℃，即取该切割温度以下的馏分作为煤间接液化油。

12、在一种实施方式中，所述的煤直接液化油与煤间接液化油的混合比例为30:70(质量比)～70:30(质量比)比如40：60、50：50或60：40；优选地，所述的煤直接液化油和煤间接液化油混合比例为50:50(质量比)～60:40(质量比)比如55：45，以提高后续燃料品质。

13、在本发明的步骤(3)中，将步骤(2)得到的煤液化混合油与氢气混合后进入加氢反应器进行加氢精制反应；其中，所述加氢精制反应为本领域熟知，在一种实施方式中，所述加氢精制反应的反应条件为：反应温度300～420℃比如320、340、360、380或400℃、反应压力8～20mpa比如10、12、15或18mpa、氢油比300～2000nl/kg比如500、800、1000或1500nl/kg、体积空速0.3～3.0h-1比如0.5、1、1.5或2h-1，以提高后续燃料品质。

14、在本发明中，所用的加氢催化剂(包括加氢稳定催化剂、加氢精制催化剂及加氢裂化催化剂)均可以是本领域常用的负载型加氢催化剂。在一些实施方式中，所述的加氢催化剂包括保护剂和加氢精制催化剂，均为载体负载型催化剂，所述载体可以选自无定形硅、无定形铝、无定形硅铝化合物和多孔分子筛中的一种或多种。

15、在一些实施方式中，所述保护剂包括质量百分含量为6.0％～8.0％比如6.5％、7％或7.5％的moo3，1.0～3.0％比如1.5％、2％或2.5％的nio，以及余量的氧化铝载体；所述的加氢精制剂包括质量百分比为8.0％～20.0％比如10％、12％、15％或18％的moo3，0～28.0％比如25％或27％的wo3，2.0～6.0％比如3％、4％或5％的nio，3.0～6.0％比如3.5％、4％或5％的p2o5，以及余量的氧化铝载体。该负载型加氢催化剂的制备为本熟知，例如，在本发明中，以氧化铝载体为例，该负载型催化剂通过浸渍法制备，具体可以参见cn100580058c。

16、在一种实施方式中，所述的加氢精制过程所采用的反应器可以是固定床反应器，也可以是悬浮床加氢反应器，或者其它型式的反应器。

17、在本发明的步骤(4)中，所述煤液化生成油进行分馏切割时的切割温度为120～170℃比如140或160℃，优选150～170℃，取该切割温度以上的馏分作为军用单一燃料；本发明所得军用单一燃料的热安定性能好，热安定性≤2kpa(gb6537《3#喷气燃料》热安定性≤3.3kpa)，低温流动性好，冰点≤-55℃(gb 6537《3#喷气燃料》冰点≤-47℃)，凝点≤-60℃(gjb 3075《军用柴油规范》凝点≤-50℃)。

18、在本发明中，如未特别说明，所涉及的百分数为质量百分数。

19、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

20、(1)煤直接液化油和煤间接液化油两者相比，前者的硫氮和芳烃含量高，不含烯烃，后者的烯烃和氧含量高，几乎不含硫氮和芳烃，两者混合后进行加氢精制，可以使原料中的硫氮氧等杂原子及烯烃、芳烃得到稀释，与两者各自加氢相比，可降低加氢精制工艺苛刻度，降低操作成本；

21、(2)目前现有的煤直接液化油提质加工工艺是先经加氢稳定再进行加氢改质才能得到燃料产品，现有的煤间接液化油提质加工工艺是先经加氢精制再进行临氢降凝才能得到燃料产品，工艺相对复杂。通过本发明提供的方法，煤直接液化油和煤间接液化油混合直接加氢精制即可得到燃料产品，可以简化加工流程，降低加工成本；

22、(3)研究发现，煤直接液化燃料由于富含环烷烃，具有密度高、热安定性能好、低温流动性能好等优势，但其烟点和热值低，不能满足航空涡轮发动机使用要求，十六烷值仅有40左右，不能满足军用地面柴油机使用要求；煤间接液化燃料由于富含链烷烃，具有烟点和热值高、十六烷值高的特点，但其密度低，不能满足使用要求。通过本发明提供的方法，煤直接液化油和煤间接液化油通过混合，可以从原料实现烃类组成的合理优化，改善燃料产品的烃类组成架构，得到同时满足军用地面柴油机和航空涡轮机使用要求的单一燃料。

23、本发明提供的方法过程简单，易于操作，制得的单一燃料在军用地面车辆柴油机装备和航空涡轮发动机装备上均可使用，而且军用地面车辆柴油机装备在环境气温-44℃以上地区均可使用，仅此一个牌号即可满足我国全部地区环境军备使用。