一种煤直接液化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煤直接液化方法，包括以下步骤：煤浆制备、液化反应、煤液化产物气液分离、蒸馏分离、粗油加氢预处理、加氢预处理产物气液分离和产品分馏。液化反应是将所述煤浆与氢气混合，依次通入串联的第一液化反应器和第二液化反应器进行液化反应；在第二液化反应器出口获得液化反应产物，其中一部分液化反应产物返回第一液化反应器的入口循环使用。利用本发明专利技术能够实现热能的有效利用，并有效均衡两个煤液化反应器的反应负荷，避免固体颗粒在反应器内的沉积，煤直接液化反应系统的操作难度低并能够长期稳定运转。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤炭加工
，更具体涉及一种煤直接液化方法及系统。
技术介绍
·由于石油储量逐年下降而开采量不断上升，导致石油价格持续在高位攀升，所以世界范围内的石油短缺危机将不可避免。我国富煤贫油，能源安全形势更加严重。煤炭直接液化就是在高温高压下，借助于供氢溶剂和催化剂，使氢元素进入煤及其衍生物的分子结构，从而将煤炭转化为液体燃料或化工原料的先进洁净煤技术。发展煤炭液化技术，是缓解我国石油资源短缺、石油产品供需紧张状况的重要途径之一，同时也是提高我国煤炭资源利用率、减轻燃煤污染，促进能源、经济、环境协调发展的重要措施。1913年，德国的柏吉乌斯(Bergius)专利技术了煤直接液化技术，并获得世界上第一个煤直接液化专利。1927年,德国1.G.Farbenindustrie (燃料公司)在Leuna建立了世界上第一个煤直接液化厂。第二次世界大战期间德国为了支撑战争，一度建立了 12家煤炭直接液化厂，总生产规模达到423万吨/年，二战结束后，这些工厂全部关闭。当时德国的液化工艺采用鼓泡床反应器，固液分离采用加压过滤或离心分离工艺，液化催化剂为含铁天然矿物，由于循环溶剂含有难反应的浙青，而且天然矿物催化剂活性低，所以液化条件很苛亥IJ，反应压力为70MPa，反应温度为480°C。七十年代初石油危机后，寻找石油替代品引起了各工业发达国家的高度重视，根据具体工艺流程的不同，各国相继研究开发了许多煤炭直接液化新工艺。美国于80年底初开发了 H-COAL工艺(专利号:US4842719)，该工艺主要技术特点是采用强制循环悬浮床反应器和镍-钥、钴-钥、氧化铝载体的石油系加氢催化剂；反应压力为20MPa，反应温度为455°C ;采用旋液分离和减压蒸馏分离循环溶剂。由于采用强制循环悬浮床反应器和石油系催化剂，反应温度容易控制，产品性质稳定。但由于石油系加氢催化剂在煤液化反应体系中失活严重，催化剂更新周期短，液化油生产成本高。德国在80年代末开发了 IGOR+工艺，该工艺采用鼓泡床反应器及赤泥催化剂；采用在线固定床加氢反应器对循环溶剂和产品进行不同深度的加氢，用减压蒸馏方法分离循环溶剂。由于采用加氢后的供氢性循环溶剂，煤浆性质稳定而且浓度高，预热容易，并且可以与高温分离器气相进行换热，热利用率高。不过赤泥催化剂活性低，反应条件苛刻，典型操作条件为:反应压力30MPa，反应温度470°C ;在线固定床加氢反应器存在催化剂结焦失活操作周期短的风险；鼓泡床反应器对高钙煤有矿物质沉积现象。日本在90年代末开发完成了NEDOL液化工艺，该工艺采用超细粉碎的天然黄铁矿做液化催化剂，并采用离线的固定床加氢反应器对循环溶剂进行加氢；液化反应器为鼓泡床，用减压蒸馏方法分离循环溶剂。NEDOL工艺的优点与IGOR+工艺类似，而且反应条件缓和(17Mpa，450°C)。缺点是黄铁矿硬度大，超细粉碎困难，成本高；鼓泡床反应器气体滞留系数大，利用率低；鼓泡床反应器液速低，有矿物质沉积。美国HTI公司(前身为HRI公司)在H-COAL液化工艺的基础上研究开发出了 HTI煤液化工艺(专利号:US6190452B1)。该工艺采用两个串联的循环悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁系胶状高活性催化剂；在高温分离器后面串联在线加氢固定床反应器；固液分离采用临界溶剂萃取的方法，从液化残渣中最大限度回收重质油。该工艺的缺点是每台反应器都需要配备能在高温高压条件下运行的循环泵，循环泵输送的物料固含量高，容易导致泵磨损严重，维持稳定运转的成本高，风险大；反应器顶部必须有提供气液分离的空间，反应器的气液比不能太高，否则气液分离不完全，容易引起循环泵抽空等一系列问题；反应器内的内构件复杂，增加了反应器的制造和维修成本。我国神华集团近几年在HTI液化工艺的基础上开发了具有自主知识产权的神华煤液化工艺(专利号:CN1257252C)，采用煤炭科学研究总院自主研发的高效纳米级水合氧化铁催化剂；采用强制循环悬浮床反应器，和离线沸腾床加氢反应器对循环溶剂进行加氢，固液分离采用减压蒸馏。该工艺需配备两套苛刻条件下运行的循环系统，存在反应器内构件复杂以及循环泵容易抽空等问题。煤炭科学研究总院开发的中国煤直接液化工艺(China Direct CoalLiquefaction Process,简称为Q)CL工艺),是一种逆流、环流、在线加氢反应器串联的煤直接液化方法(专利号:CN1243813C)。该工艺采用在两个反应器中间增加分离器的方法解决生成油的二次分解问题，能同时满足煤液化反应的轻质液化产品在反应器停留时间较短，难液化和重质煤液化产品在反应器停留时间较长并与气相氢有较高的传质速率和较长的反应时间的要求。但设备投资 大大增加，相当于增加了一套分离系统，包括一组分离器、耐磨高压差减压阀、循环氢压缩机等等。专利CN1869159A公开了一种煤直接液化方法，该液化方法的特征是:高温分离器下部排出的液相物料一部分通过减压阀排出，其余部分返回到第一反应器反应原料入口循环使用；其中，循环物料与新鲜物料的重量流量之比为2-20。这种煤直接液化工艺物料在反应器内的单程反应时间短，避免了固体物料在反应器内的沉积，氢耗低，气产率低。由于高温分离器物料温度低于反应器物料温度，返回反应器的物料需要重新加热，因此该液化方法的热利用率低；另外循环物料的循环比比较大，降低了反应器的利用效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的煤直接液化方法。该方法包括以下步骤:煤浆制备、液化反应、煤液化产物气液分离、蒸馏分离、粗油加氢预处理、加氢预处理产物气液分离和产品分馏；所述煤浆制备，是将原料煤破碎为干煤粉，然后将干煤粉与催化剂、助催化剂、循环溶剂或外加溶剂混合配制成煤浆；所述液化反应，是将所述煤浆与氢气混合然后预热，随后依次通入串联的第一液化反应器和第二液化反应器进行液化反应；在第二液化反应器出口获得液化反应产物，其中一部分液化反应产物经过循环泵输送回第一液化反应器的入口循环使用；所述煤液化产物气液分离，是对第二液化反应器出口的另一部分液化反应产物进行气液分离，得到气相部分和液相部分；所述蒸馏分离，是将煤液化产物气液分离得到的液相部分进行蒸馏，得到液化粗油和残渣；所述粗油加氢预处理，是对液化粗油进行加氢精制，脱除硫、氮、氧杂原子、使烯烃饱和及多环芳烃部分饱和，得到粗油加氢预处理产物；所述加氢预处理产物气液分离，是对粗油加氢预处理产物进行气液分离，得到气相物料和液相物料；所述产品分馏，是将所述加氢预处理产物气液分离得到的液相物料进行分离，得到轻质油和重质油，其中重质油作为煤液化过程煤浆制备的循环溶剂，轻质油作为煤液化单元的产品油。进一步，本专利技术的煤直接液化方法，所述催化剂为贵金属催化剂、金属卤化物催化齐 、铁系催化剂或铁系、贵金属复合型催化剂；所述助催化剂为硫化剂；催化剂添加量为干煤粉重量的0.5-5%，所述助催化剂中含有的硫与催化剂有效成分的摩尔比为0.5-3 ;煤浆固体浓度为20-55wt% ;所述循环溶剂或外加溶剂是含2-4环的芳烃和氢化芳烃类化合物或油品，馏程为220-650°C。进一步，本专利技术的煤直接液化方法，所述贵金属催化剂为钴、钥、镍；所述金属卤化物催化剂为ZnCl2、SnCl2 ;所述铁系催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤直接液化方法，其特征在于，包括以下步骤：煤浆制备、液化反应、煤液化产物气液分离、蒸馏分离、粗油加氢预处理、加氢预处理产物气液分离和产品分馏；所述煤浆制备，是将原料煤破碎为干煤粉，然后将干煤粉与催化剂、助催化剂、循环溶剂或外加溶剂混合配制成煤浆；所述液化反应，是将所述煤浆与氢气混合然后预热，随后依次通入串联的第一液化反应器和第二液化反应器进行液化反应；在第二液化反应器出口获得液化反应产物，其中一部分液化反应产物经过循环泵输送回第一液化反应器的入口循环使用；所述煤液化产物气液分离，是对第二液化反应器出口的另一部分液化反应产物进行气液分离，得到气相部分和液相部分；所述蒸馏分离，是将煤液化产物气液分离得到的液相部分进行蒸馏，得到液化粗油和残渣；所述粗油加氢预处理，是对液化粗油进行加氢精制，脱除硫、氮、氧杂原子、使烯烃饱和及多环芳烃部分饱和，得到粗油加氢预处理产物；所述加氢预处理产物气液分离，是对粗油加氢预处理产物进行气液分离，得到气相物料和液相物料；所述产品分馏，是将所述加氢预处理产物气液分离得到的液相物料进行分离，得到轻质油和重质油，其中重质油作为煤液化过程煤浆制备的循环溶剂，轻质油作为煤液化单元的产品油。...

【技术特征摘要】
1.一种煤直接液化方法，其特征在于，包括以下步骤:煤浆制备、液化反应、煤液化产物气液分离、蒸馏分离、粗油加氢预处理、加氢预处理产物气液分离和产品分馏； 所述煤浆制备，是将原料煤破碎为干煤粉，然后将干煤粉与催化剂、助催化剂、循环溶剂或外加溶剂混合配制成煤浆； 所述液化反应，是将所述煤浆与氢气混合然后预热，随后依次通入串联的第一液化反应器和第二液化反应器进行液化反应；在第二液化反应器出口获得液化反应产物，其中一部分液化反应产物经过循环泵输送回第一液化反应器的入口循环使用； 所述煤液化产物气液分离，是对第二液化反应器出口的另一部分液化反应产物进行气液分离，得到气相部分和液相部分； 所述蒸馏分离，是将煤液化产物气液分离得到的液相部分进行蒸馏，得到液化粗油和残渣； 所述粗油加氢预处理，是对液化粗油进行加氢精制，脱除硫、氮、氧杂原子、使烯烃饱和及多环芳烃部分饱和，得到粗油加氢预处理产物； 所述加氢预处理产物气液分离，是对粗油加氢预处理产物进行气液分离，得到气相物料和液相物料； 所述产品分馏，是将所述加氢预处理产物气液分离得到的液相物料进行分离，得到轻质油和重质油，其中重质油作为煤液化过程煤浆制备的循环溶剂，轻质油作为煤液化单元的产品油。2.根据权利要求1所述的煤直接液化方法，其特征在于，所述催化剂为贵金属催化剂、金属卤化物催化剂、铁系催化剂或铁系、贵金属复合型催化剂；所述助催化剂为硫化剂；催化剂添加量为干煤粉重量的0.5-5%，所述助催化剂中含有的硫与催化剂有效成分的摩尔比为0.5-3 ;煤浆固体浓度为20-55Wt% ;所述循环溶剂或外加溶剂是含2-4环的芳烃和氢化芳烃类化合物或油品，馏程 为220-650°C。3.根据权利要求2所述的煤直接液化方法，其特征在于， 所述贵金属催化剂为钴、钥、镍； 所述金属卤化物催化剂为ZnCl2、SnCl2 ； 所述铁系催化剂为含铁的天然矿石、含铁的工业废渣或纯态铁的化合物； 所述铁系、贵金属复合型催化剂为含铁和镍、钨、钥或钴中的两种或两种以上的天然矿石、人工复合物或人工复配物。4.根据权利要求2所述的煤直接液化方法，其特征在于，所述铁系催化剂或铁系、贵金属复合型催化剂为超细高分散催化剂。5.根据权利要求1至5任一项所述的煤直接液化方法，其特征在于， 所述液化反应中，第一液化反应器和第二液化反应器是没有内构件的鼓泡床反应器、浆态床反应器或带有导流筒的环流反应器；液化反应的反应温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓静，胡发亭，李培霖，毛学锋，王雨，王勇，颜丙峰，石智杰，赵鹏，黄澎，张帆，赵渊，杜淑凤，谷小会，朱肖曼，吴艳，孙竟晔，钟金龙，李伟林，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院，
类型：发明
国别省市：