專利名稱：一種煤直接液化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭化學(xué)加工領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是一種煤直接液化方法。
背景技術(shù)：
目前大部分的煤直接液化工藝是在一個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)完成煤的液化反應(yīng)。由于煤直接液化反應(yīng)是一個(gè)平行串連反應(yīng)體系，不可避免地會(huì)造成目標(biāo)產(chǎn)物的二次分解，從而使得油收率下降、氫耗增加。
美國(guó)HRI公司(1996年后改名為HTI公司)于1991年10月至1994年3月完成的研究項(xiàng)目，HRI進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)研究，反應(yīng)器采用的是連續(xù)機(jī)械攪拌反應(yīng)器，開(kāi)發(fā)了帶有中間分離器和串聯(lián)固定床加氫反應(yīng)器的兩段液化工藝。該工藝后來(lái)發(fā)展成為HTI煤液化工藝。試驗(yàn)規(guī)模僅達(dá)到25kg/d的連續(xù)小試?，F(xiàn)HTI已經(jīng)在美國(guó)獲得了專利，專利號(hào)為US6190452B1。該專利是包含中間分離器和在線加氫穩(wěn)定反應(yīng)器在內(nèi)的兩段液化全流程，反應(yīng)器采用帶強(qiáng)制循環(huán)泵的懸浮床反應(yīng)器。
煤炭科學(xué)研究總院開(kāi)發(fā)的CDCL工藝也采用類似的方法改善了生成油的二次分解。
以上工藝采用在兩個(gè)反應(yīng)器中間增加分離器的方法解決生產(chǎn)油的二次分解問(wèn)題，但設(shè)備投資大大增加，相當(dāng)于增加了一套分離系統(tǒng)，包括一組分離器、耐磨高壓差減壓閥、循環(huán)壓縮機(jī)等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的煤直接液化方法，以便使生成油能夠得到及時(shí)分離，從而避免目標(biāo)產(chǎn)物的二次分解、提高油收率、降低氫耗。
本發(fā)明所提供的煤直接液化方法包括以下步驟(1)預(yù)處理后的煤粉與加氫循環(huán)溶劑和鐵系催化劑一起制備成可泵送的煤漿，與新鮮氫和/或循環(huán)氫混合、經(jīng)預(yù)熱后依次經(jīng)過(guò)串聯(lián)的第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；(2)由第二反應(yīng)器導(dǎo)出的反應(yīng)產(chǎn)物送入高溫分離器進(jìn)行分離，高溫分離器下部排出的物料一部分通過(guò)減壓閥排出，其余部分返回第一反應(yīng)器反應(yīng)原料入口循環(huán)使用，其中，循環(huán)物料與新鮮原料的重量流量之比為2-20。
在本發(fā)明所提供的方法中，所述循環(huán)物料與新鮮原料的重量流量之比優(yōu)選3-18。在本發(fā)明所述方法的實(shí)施過(guò)程中，一般將反應(yīng)器的空塔液速控制在1.5-4.0cm/s，優(yōu)選2.0-2.5cm/s。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)裝置規(guī)模、反應(yīng)器空塔液速通過(guò)常規(guī)的工藝計(jì)算確定循環(huán)物料與新鮮原料的重量流量之比(以下簡(jiǎn)稱循環(huán)比)，例如對(duì)于工業(yè)裝置循環(huán)比可為2-4，實(shí)驗(yàn)室小裝置循環(huán)比可為15-20。
在本發(fā)明所提供的方法中，所述第一、第二反應(yīng)器為空筒反應(yīng)器，反應(yīng)器的高徑比大于8且小于12，進(jìn)一步優(yōu)選的高徑比大于9且小于11，最優(yōu)選的高徑比為10。
在本發(fā)明所提供的方法中，所述第一、第二反應(yīng)器的反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度420-465℃，反應(yīng)壓力10-30Mpa，氣液比600-1000NL/kg；進(jìn)一步優(yōu)選的反應(yīng)條件如下煙煤反應(yīng)溫度455℃，反應(yīng)壓力19Mpa，氣液比700NL/kg；褐煤反應(yīng)溫度440℃，反應(yīng)壓力17Mpa，氣液比700NL/kg。
在本發(fā)明所提供的方法中，所述高溫分離器的操作條件為溫度為420-465℃，反應(yīng)壓力10-30Mpa，液體停留時(shí)間小于3分鐘；所述高溫分離器的操作溫度最好與第二反應(yīng)器的反應(yīng)溫度相同。
在本發(fā)明所提供的方法中，所述分離器下部物料除了一部分通過(guò)減壓閥排出外，其余部分通過(guò)循環(huán)泵返回第一反應(yīng)器反應(yīng)原料入口循環(huán)使用。所述循環(huán)泵應(yīng)適于高溫高壓操作，其流量應(yīng)滿足使第一、第二反應(yīng)器的空塔液速大于2.0cm/s的要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下方面由于在本發(fā)明所提供的方法中，第一和第二反應(yīng)器不用設(shè)置內(nèi)構(gòu)件，且兩個(gè)反應(yīng)器公用一臺(tái)循環(huán)泵，因此，所需要的建設(shè)或改造的投資少。此外，本發(fā)明所提供方法的單程反應(yīng)時(shí)間短，生成油可以得到及時(shí)分離，避免了目標(biāo)產(chǎn)物的二次分解，提高了油收率和降低了氫耗量。


圖1是本發(fā)明所述方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所提供的方法予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
如圖1所示，在煤漿制備罐1中進(jìn)行煤漿的配制，溶劑、干煤粉、催化劑和助催化劑經(jīng)過(guò)稱量后按比例加入到煤漿制備罐1中。配制好的煤漿經(jīng)低壓煤漿循環(huán)泵2輸送到煤漿計(jì)量罐3中。煤漿制備罐和煤漿計(jì)量罐的溫度一般控制為50-170℃。煤漿制備罐帶有攪拌設(shè)備和煤漿循環(huán)泵2，煤漿計(jì)量罐可以沒(méi)有攪拌設(shè)備，但應(yīng)配有煤漿循環(huán)泵4。
煤漿計(jì)量罐中的煤漿通過(guò)低壓煤漿循環(huán)泵4輸送至高壓進(jìn)料泵5的進(jìn)口，該進(jìn)料泵以要求的流量將煤漿泵送到煤漿預(yù)熱器6。新鮮氫和循環(huán)氫分別經(jīng)過(guò)新鮮氫壓縮機(jī)8和循環(huán)氫壓縮機(jī)18的壓縮，并通過(guò)氫氣預(yù)熱器7預(yù)熱后在煤漿預(yù)熱器6的進(jìn)口與煤漿混合。而返回至第一反應(yīng)器9的循環(huán)物料在煤漿預(yù)熱器6的出口處與預(yù)熱后的煤漿和氫氣混合，并與它們一同進(jìn)入第一反應(yīng)器9中。出第一反應(yīng)器9的物料直接進(jìn)入第二反應(yīng)器10中進(jìn)行反應(yīng)。第二反應(yīng)器10排出的物料進(jìn)入高溫分離器11進(jìn)行分離，高分底部最好通入少量的循環(huán)氫氣，以防止高分底部結(jié)焦并進(jìn)一步改善分離效果。高分的作用是將不含固體的液化油、氣體和水等較輕質(zhì)物料與含有固體且較重質(zhì)的液體物料進(jìn)行分離，出自高分頂部較輕質(zhì)的物料進(jìn)入低溫分離器15，出自高分底部較重質(zhì)的物料一部分經(jīng)過(guò)減壓閥12進(jìn)入高分粗油接收罐13，而其余部分作為循環(huán)物料，經(jīng)高溫高壓煤漿循環(huán)泵20輸送至第一反應(yīng)器的原料入口。這些重質(zhì)物料將送到后續(xù)減壓蒸餾單元進(jìn)行分離，粗油罐13中物料釋放的溶解氣，并入排放的尾氣經(jīng)計(jì)量、堿洗、水洗后放空。
從高分頂部出來(lái)的物料經(jīng)過(guò)冷凝器14后進(jìn)入低溫分離器15，低分溫度通常為30℃左右。氣體從低溫分離器頂部流出，并經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的氣液分離后，大部分經(jīng)過(guò)循環(huán)氫壓機(jī)18壓縮后輸送至氫氣預(yù)熱器7，預(yù)熱后進(jìn)入第一煤漿預(yù)熱器6循環(huán)使用；其余部分的低溫分離器頂部氣體在系統(tǒng)定壓閥19的控制下排空。低分底部出來(lái)的液化油和水經(jīng)低分減壓閥16進(jìn)入接受罐17，經(jīng)油水分離后分別計(jì)量，液化油送至后續(xù)的常壓蒸餾塔進(jìn)行蒸餾。
下面的實(shí)施例將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明所提供的方法，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
基本試驗(yàn)流程如下首先對(duì)試驗(yàn)用液化煤樣進(jìn)行粗破碎，用錘式破碎機(jī)將煤樣破碎到3mm以下，這些煤樣經(jīng)過(guò)干燥、細(xì)破碎和過(guò)100目篩后，制得煤樣的水分小于3％、粒度小于0.15mm。如圖1所示，在煤漿制備罐1中進(jìn)行煤漿的配制，溶劑、干煤粉、催化劑和助催化劑經(jīng)過(guò)稱量后按比例先后加入到煤漿制備罐1中。每12小時(shí)配制一次煤漿，配制好的煤漿一般分兩次經(jīng)低壓煤漿循環(huán)泵2輸送到煤漿計(jì)量罐3中，煤漿在制備罐中的制備時(shí)間不小于4小時(shí)。煤漿制備罐和煤漿計(jì)量罐的加熱設(shè)定溫度為50-80℃。煤漿制備罐帶有攪拌設(shè)備和煤漿循環(huán)泵2，煤漿計(jì)量罐可以沒(méi)有攪拌設(shè)備，但應(yīng)配有煤漿循環(huán)泵4。攪拌和循環(huán)泵的作用是制備質(zhì)地均勻的煤漿。本次試驗(yàn)用于煤漿制備罐和煤漿計(jì)量罐的循環(huán)泵是旋轉(zhuǎn)活塞泵。
煤漿計(jì)量罐中的煤漿通過(guò)低壓煤漿循環(huán)泵4輸送至高壓進(jìn)料泵5的進(jìn)口，該進(jìn)料泵以要求的流量將煤漿泵送到煤漿預(yù)熱器6。新鮮氫和循環(huán)氫分別經(jīng)過(guò)新鮮氫壓縮機(jī)8和循環(huán)氫壓縮機(jī)18的壓縮，并通過(guò)氫氣預(yù)熱器7預(yù)熱后在煤漿預(yù)熱器6的進(jìn)口與煤漿混合。煤漿預(yù)熱器帶有三段電加熱，出口溫度約400℃。煤漿與氫氣在進(jìn)入第一反應(yīng)器9前與來(lái)自高溫高壓分離器11底部的循環(huán)物料混合，通過(guò)控制煤漿預(yù)熱器出口的新鮮煤漿的溫度，以保證第一反應(yīng)器的反應(yīng)溫度在455℃。本次試驗(yàn)兩個(gè)反應(yīng)器的設(shè)定溫度為455℃。進(jìn)入反應(yīng)器的物料一部分為新鮮煤漿，而其余部分為反應(yīng)器的循環(huán)物料，它們的重量流量之比為1∶12。出第一反應(yīng)器9的物料直接進(jìn)入第二反應(yīng)器10。煤加氫液化反應(yīng)主要在這兩個(gè)反應(yīng)器中完成。出反應(yīng)器的物料進(jìn)入高溫分離器11，高分的設(shè)定溫度為410℃，高分底部最好通入少量的循環(huán)氫氣，以防止高分底部結(jié)焦并通過(guò)汽提作用使高分的分離效果更好些。高分的作用是將不含固體的液化油、氣體和水等較輕質(zhì)物料與含有固體的以及較重質(zhì)的液體物料進(jìn)行分離，出自高分頂部較輕質(zhì)的物料進(jìn)入低溫分離器15，出自高分底部較重質(zhì)的物料經(jīng)減壓閥12進(jìn)入高分粗油接收罐13。這些重質(zhì)物料將送到減壓蒸餾單元進(jìn)行固液分離，粗油罐13中物料釋放的溶解氣，并入排放的尾氣計(jì)量，并經(jīng)堿洗、水洗和放空。
從高分頂部出來(lái)的物料經(jīng)過(guò)冷凝器14進(jìn)入低溫分離器15，低分溫度通常為30℃左右。氣體從低溫分離器頂部流出，并經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的氣液分離后，大部分經(jīng)過(guò)循環(huán)氫壓機(jī)18壓縮后輸送至氫氣預(yù)熱器7，預(yù)熱后進(jìn)入第一煤漿預(yù)熱器6循環(huán)使用；其余部分的低溫分離器頂部氣體排空，排放的尾氣由濕式氣體流量計(jì)來(lái)計(jì)量，尾氣每12小時(shí)采樣一次進(jìn)行氣體成分的分析。低分底部出來(lái)的液化油和水經(jīng)過(guò)油水分離后分別計(jì)量，液化油送至后續(xù)的常壓蒸餾塔進(jìn)行蒸餾。
試驗(yàn)過(guò)程中所采用的煤樣如下試驗(yàn)所用煤是上灣煤礦2-2#煤，煤樣的分析結(jié)果見(jiàn)表1。
表1

主要試驗(yàn)條件見(jiàn)下表表2

*所采用的“863合成催化劑”由建設(shè)在煤炭科學(xué)研究總院內(nèi)的863催化劑連續(xù)制備裝置生產(chǎn)。
**所采用的“炭窯口黃鐵礦”由日本PSU研究中心采用濕式粉碎方式制備，平均粒徑0.7μ。
主要試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表表3

在本發(fā)明所述的大循環(huán)模式下，采用863催化劑(鐵的添加量為干煤的1％)，在表2的反應(yīng)條件下進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明，煤液化轉(zhuǎn)化率為82.67％，理論油收率為56.27％，氣產(chǎn)率為11％，其中C1～C3為7.62％，COx為2.60％。水產(chǎn)率為9.12％，氫耗為4.75％，瀝青收率為12.16％。殘?jiān)械挠袡C(jī)物質(zhì)為41.49％。
在大循環(huán)模式下，采用黃鐵礦催化劑(添加量為干煤的4.5％)，其余反應(yīng)條件與863催化劑試驗(yàn)相同，試驗(yàn)結(jié)果表明，煤液化轉(zhuǎn)化率為82.39％，實(shí)際蒸餾油收率為35.06％，理論油收率為56.68％，氣產(chǎn)率為10.85％，其中C1～C3為7.18％，COx為2.41％，水產(chǎn)率為8.99％，氫耗為4.13％，瀝青產(chǎn)率為9.08％，殘?jiān)杏袡C(jī)物質(zhì)為49.23％。從本次試驗(yàn)看，用黃鐵礦催化劑得到的實(shí)際油收率比用863催化劑得到的實(shí)際油收率要低許多，最主要的原因是由于黃鐵礦催化劑添加量較多，高分油進(jìn)行固液分離時(shí)帶出的油也較多。
試驗(yàn)結(jié)束后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)煤中礦物質(zhì)在反應(yīng)器中的有沉積現(xiàn)象。
需要說(shuō)明的是，本次試驗(yàn)采用的神華煤惰質(zhì)組含量大于50％，一般情況下，直接液化不以如此高的惰質(zhì)組煤為原料，所以本次試驗(yàn)的結(jié)果僅用于工藝過(guò)程的研究和比較。
此外，從原理上來(lái)說(shuō)，本發(fā)明所述大循環(huán)模式在降低氫耗和降低氣產(chǎn)率方面是有優(yōu)勢(shì)的。本次試驗(yàn)的氣產(chǎn)率只有7.62％(C1-C3)，明顯低于其他工藝的氣產(chǎn)率，如神華工藝的氣產(chǎn)率為9.58％，日本工藝在12％以上。
對(duì)比試驗(yàn)為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)效果，采用與上述試驗(yàn)過(guò)程基本相同的煤樣、黃鐵礦催化劑、反應(yīng)條件以及常規(guī)的兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)的工藝流程(常用的一次通過(guò)模式)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，主要試驗(yàn)結(jié)果參見(jiàn)下表。
從表4結(jié)果可以看出，在相同催化劑和相同添加量、相同的反應(yīng)條件下，氣產(chǎn)率為14.93％。而大循環(huán)模式下黃鐵礦催化劑的氣產(chǎn)率為10.85％。
表4

權(quán)利要求
1.一種煤直接液化方法，包括以下步驟(1)預(yù)處理后的煤粉與加氫循環(huán)溶劑和鐵系催化劑一起制備成可泵送的煤漿，與新鮮氫和/或循環(huán)氫混合、經(jīng)預(yù)熱后依次經(jīng)過(guò)串聯(lián)的第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；(2)由第二反應(yīng)器導(dǎo)出的反應(yīng)產(chǎn)物送入高溫分離器進(jìn)行分離，高溫分離器下部排出的物料一部分通過(guò)減壓閥排出，其余部分返回第一反應(yīng)器反應(yīng)原料入口循環(huán)使用，其中，循環(huán)物料與新鮮原料的重量流量之比為2-20。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，循環(huán)物料與新鮮原料的重量流量之比為3-18，且第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器的空塔液速為1.5-4.0cm/s。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器的空塔液速為2.0-2.5cm/s。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對(duì)于工業(yè)裝置，其循環(huán)物料與新鮮原料的重量流量之比為2-4。
5.按照權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器為空筒反應(yīng)器，且它們的高徑比大于8且小于12。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器的高徑比大于9且小于11。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器的高徑比為10。
8.按照權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述第一、第二反應(yīng)器的反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度420-465℃，反應(yīng)壓力10-30Mpa，氣液比600-1000NL/kg。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一、第二反應(yīng)器的反應(yīng)條件為煙煤反應(yīng)溫度455℃，反應(yīng)壓力19Mpa，氣液比700NL/kg；褐煤反應(yīng)溫度440℃，反應(yīng)壓力17Mpa，氣液比700NL/kg。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述高溫分離器的操作條件為溫度為420-465℃，反應(yīng)壓力10-30Mpa，液體停留時(shí)間小于3分鐘；且所述高溫分離器的操作溫度與第二反應(yīng)器的反應(yīng)溫度相同。
全文摘要
一種煤直接液化方法，包括以下步驟(1)預(yù)處理后的煤粉與加氫循環(huán)溶劑和鐵系催化劑一起制備成可泵送的煤漿，與新鮮氫和/或循環(huán)氫混合、經(jīng)預(yù)熱后依次經(jīng)過(guò)串聯(lián)的第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；(2)由第二反應(yīng)器導(dǎo)出的反應(yīng)產(chǎn)物送入高溫分離器進(jìn)行分離，高溫分離器下部排出的物料一部分通過(guò)減壓閥排出，其余部分返回第一反應(yīng)器反應(yīng)原料入口循環(huán)使用，其中，循環(huán)物料與新鮮原料的重量流量之比為2－20。采用本發(fā)明所述方法可降低氫耗和氣產(chǎn)率。
文檔編號(hào)C10G1/00GK1869159SQ20061009048
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者舒歌平, 崔民利, 金嘉璐, 朱豫飛, 黃劍薇, 袁明, 高聚忠 申請(qǐng)人:神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 中國(guó)神華煤制油有限公司