專利名稱：一種煤直接液化方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種煤直接液化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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由于石油儲(chǔ)量逐年下降而開采量不斷上升，導(dǎo)致石油價(jià)格持續(xù)在高位攀升，所以世界范圍內(nèi)的石油短缺危機(jī)將不可避免。我國(guó)富煤貧油，能源安全形勢(shì)更加嚴(yán)重。煤炭直接液化就是在高溫高壓下，借助于供氫溶劑和催化劑，使氫元素進(jìn)入煤及其衍生物的分子結(jié)構(gòu)，從而將煤炭轉(zhuǎn)化為液體燃料或化工原料的先進(jìn)潔凈煤技術(shù)。發(fā)展煤炭液化技術(shù)，是緩解我國(guó)石油資源短缺、石油產(chǎn)品供需緊張狀況的重要途徑之一，同時(shí)也是提高我國(guó)煤炭資源利用率、減輕燃煤污染，促進(jìn)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要措施。1913年，德國(guó)的柏吉烏斯(Bergius)發(fā)明了煤直接液化技術(shù)，并獲得世界上第一個(gè)煤直接液化專利。1927年,德國(guó)1.G.Farbenindustrie (燃料公司)在Leuna建立了世界上第一個(gè)煤直接液化廠。第二次世界大戰(zhàn)期間德國(guó)為了支撐戰(zhàn)爭(zhēng)，一度建立了 12家煤炭直接液化廠，總生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到423萬噸/年，二戰(zhàn)結(jié)束后，這些工廠全部關(guān)閉。當(dāng)時(shí)德國(guó)的液化工藝采用鼓泡床反應(yīng)器，固液分離采用加壓過濾或離心分離工藝，液化催化劑為含鐵天然礦物，由于循環(huán)溶劑含有難反應(yīng)的浙青，而且天然礦物催化劑活性低，所以液化條件很苛亥IJ，反應(yīng)壓力為70MPa，反應(yīng)溫度為480°C。七十年代初石油危機(jī)后，尋找石油替代品引起了各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，根據(jù)具體工藝流程的不同，各國(guó)相繼研究開發(fā)了許多煤炭直接液化新工藝。美國(guó)于80年底初開發(fā)了 H-COAL工藝(專利號(hào):US4842719)，該工藝主要技術(shù)特點(diǎn)是采用強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器和鎳-鑰、鈷-鑰、氧化鋁載體的石油系加氫催化劑；反應(yīng)壓力為20MPa，反應(yīng)溫度為455°C ;采用旋液分離和減壓蒸餾分離循環(huán)溶劑。由于采用強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器和石油系催化劑，反應(yīng)溫度容易控制，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定。但由于石油系加氫催化劑在煤液化反應(yīng)體系中失活嚴(yán)重，催化劑更新周期短，液化油生產(chǎn)成本高。德國(guó)在80年代末開發(fā)了 IGOR+工藝，該工藝采用鼓泡床反應(yīng)器及赤泥催化劑；采用在線固定床加氫反應(yīng)器對(duì)循環(huán)溶劑和產(chǎn)品進(jìn)行不同深度的加氫，用減壓蒸餾方法分離循環(huán)溶劑。由于采用加氫后的供氫性循環(huán)溶劑，煤漿性質(zhì)穩(wěn)定而且濃度高，預(yù)熱容易，并且可以與高溫分離器氣相進(jìn)行換熱，熱利用率高。不過赤泥催化劑活性低，反應(yīng)條件苛刻，典型操作條件為:反應(yīng)壓力30MPa，反應(yīng)溫度470°C ;在線固定床加氫反應(yīng)器存在催化劑結(jié)焦失活操作周期短的風(fēng)險(xiǎn)；鼓泡床反應(yīng)器對(duì)高鈣煤有礦物質(zhì)沉積現(xiàn)象。日本在90年代末開發(fā)完成了NEDOL液化工藝，該工藝采用超細(xì)粉碎的天然黃鐵礦做液化催化劑，并采用離線的固定床加氫反應(yīng)器對(duì)循環(huán)溶劑進(jìn)行加氫；液化反應(yīng)器為鼓泡床，用減壓蒸餾方法分離循環(huán)溶劑。NEDOL工藝的優(yōu)點(diǎn)與IGOR+工藝類似，而且反應(yīng)條件緩和(17Mpa，450°C)。缺點(diǎn)是黃鐵礦硬度大，超細(xì)粉碎困難，成本高；鼓泡床反應(yīng)器氣體滯留系數(shù)大，利用率低；鼓泡床反應(yīng)器液速低，有礦物質(zhì)沉積。美國(guó)HTI公司(前身為HRI公司)在H-COAL液化工藝的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出了 HTI煤液化工藝(專利號(hào):US6190452B1)。該工藝采用兩個(gè)串聯(lián)的循環(huán)懸浮床反應(yīng)器和HTI擁有專利的鐵系膠狀高活性催化劑；在高溫分離器后面串聯(lián)在線加氫固定床反應(yīng)器；固液分離采用臨界溶劑萃取的方法，從液化殘?jiān)凶畲笙薅然厥罩刭|(zhì)油。該工藝的缺點(diǎn)是每臺(tái)反應(yīng)器都需要配備能在高溫高壓條件下運(yùn)行的循環(huán)泵，循環(huán)泵輸送的物料固含量高，容易導(dǎo)致泵磨損嚴(yán)重，維持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的成本高，風(fēng)險(xiǎn)大；反應(yīng)器頂部必須有提供氣液分離的空間，反應(yīng)器的氣液比不能太高，否則氣液分離不完全，容易引起循環(huán)泵抽空等一系列問題；反應(yīng)器內(nèi)的內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜，增加了反應(yīng)器的制造和維修成本。我國(guó)神華集團(tuán)近幾年在HTI液化工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的神華煤液化工藝(專利號(hào):CN1257252C)，采用煤炭科學(xué)研究總院自主研發(fā)的高效納米級(jí)水合氧化鐵催化劑；采用強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器，和離線沸騰床加氫反應(yīng)器對(duì)循環(huán)溶劑進(jìn)行加氫，固液分離采用減壓蒸餾。該工藝需配備兩套苛刻條件下運(yùn)行的循環(huán)系統(tǒng)，存在反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜以及循環(huán)泵容易抽空等問題。煤炭科學(xué)研究總院開發(fā)的中國(guó)煤直接液化工藝(China Direct CoalLiquefaction Process,簡(jiǎn)稱為Q)CL工藝),是一種逆流、環(huán)流、在線加氫反應(yīng)器串聯(lián)的煤直接液化方法(專利號(hào):CN1243813C)。該工藝采用在兩個(gè)反應(yīng)器中間增加分離器的方法解決生成油的二次分解問題，能同時(shí)滿足煤液化反應(yīng)的輕質(zhì)液化產(chǎn)品在反應(yīng)器停留時(shí)間較短，難液化和重質(zhì)煤液化產(chǎn)品在反應(yīng)器停留時(shí)間較長(zhǎng)并與氣相氫有較高的傳質(zhì)速率和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間的要求。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)氫壓縮機(jī)等等。專利CN1869159A公開了一種煤直接液化方法，該液化方法的特征是:高溫分離器下部排出的液相物料一部分通過減壓閥排出，其余部分返回到第一反應(yīng)器反應(yīng)原料入口循環(huán)使用；其中，循環(huán)物料與新鮮物料的重量流量之比為2-20。這種煤直接液化工藝物料在反應(yīng)器內(nèi)的單程反應(yīng)時(shí)間短，避免了固體物料在反應(yīng)器內(nèi)的沉積，氫耗低，氣產(chǎn)率低。由于高溫分離器物料溫度低于反應(yīng)器物料溫度，返回反應(yīng)器的物料需要重新加熱，因此該液化方法的熱利用率低；另外循環(huán)物料的循環(huán)比比較大，降低了反應(yīng)器的利用效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的煤直接液化方法。該方法包括以下步驟:煤漿制備、液化反應(yīng)、煤液化產(chǎn)物氣液分離、蒸餾分離、粗油加氫預(yù)處理、加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離和產(chǎn)品分餾；所述煤漿制備，是將原料煤破碎為干煤粉，然后將干煤粉與催化劑、助催化劑、循環(huán)溶劑或外加溶劑混合配制成煤漿；所述液化反應(yīng)，是將所述煤漿與氫氣混合然后預(yù)熱，隨后依次通入串聯(lián)的第一液化反應(yīng)器和第二液化反應(yīng)器進(jìn)行液化反應(yīng)；在第二液化反應(yīng)器出口獲得液化反應(yīng)產(chǎn)物，其中一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過循環(huán)泵輸送回第一液化反應(yīng)器的入口循環(huán)使用；所述煤液化產(chǎn)物氣液分離，是對(duì)第二液化反應(yīng)器出口的另一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，得到氣相部分和液相部分；所述蒸餾分離，是將煤液化產(chǎn)物氣液分離得到的液相部分進(jìn)行蒸餾，得到液化粗油和殘?jiān)?br> 所述粗油加氫預(yù)處理，是對(duì)液化粗油進(jìn)行加氫精制，脫除硫、氮、氧雜原子、使烯烴飽和及多環(huán)芳烴部分飽和，得到粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物；所述加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離，是對(duì)粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，得到氣相物料和液相物料；所述產(chǎn)品分餾，是將所述加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離得到的液相物料進(jìn)行分離，得到輕質(zhì)油和重質(zhì)油，其中重質(zhì)油作為煤液化過程煤漿制備的循環(huán)溶劑，輕質(zhì)油作為煤液化單元的產(chǎn)品油。進(jìn)一步，本發(fā)明的煤直接液化方法，所述催化劑為貴金屬催化劑、金屬鹵化物催化齊 、鐵系催化劑或鐵系、貴金屬?gòu)?fù)合型催化劑；所述助催化劑為硫化劑；催化劑添加量為干煤粉重量的0.5-5%，所述助催化劑中含有的硫與催化劑有效成分的摩爾比為0.5-3 ;煤漿固體濃度為20-55wt% ;所述循環(huán)溶劑或外加溶劑是含2-4環(huán)的芳烴和氫化芳烴類化合物或油品，餾程為220-650°C。進(jìn)一步，本發(fā)明的煤直接液化方法，所述貴金屬催化劑為鈷、鑰、鎳；所述金屬鹵化物催化劑為ZnCl2、SnCl2 ;所述鐵系催化劑為含鐵的天然礦石、含鐵的工業(yè)廢渣或純態(tài)鐵的化合物；所述鐵系、貴金屬?gòu)?fù)合型催化劑為含鐵和鎳、鎢、鑰或鈷中的兩種或兩種以上的天然礦石、人工復(fù)合物或人工復(fù)配物。進(jìn)一步，本發(fā)明的煤直接液化方法，所述鐵系催化劑或鐵系、貴金屬?gòu)?fù)合型催化劑為超細(xì)高分散催化劑。進(jìn)一步，本發(fā)明的煤直接液化方法，所述液化反應(yīng)中，第一液化反應(yīng)器和第二液化反應(yīng)器是沒有內(nèi)構(gòu)件的鼓泡床反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器或帶有導(dǎo)流筒的環(huán)流反應(yīng)器；液化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為400-480°C，反應(yīng)壓力為10-30MPa ;氣液比為600_2000NL/kg ;煤漿空速為
0.5-4.51Γ1 ；從第二液化反應(yīng)器出口返回第一液化反應(yīng)器的一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物與煤漿的重量流量比為0.5-8。進(jìn)一步，本發(fā)明的煤直接液化方法，從第二液化反應(yīng)器出口返回第一液化反應(yīng)器的一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物與煤漿的重量流量比為1-3。進(jìn)一步，本發(fā)明的煤直接液化方法，所述步驟粗油加氫預(yù)處理中的粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器；加氫催化劑為負(fù)載型催化劑，載體為氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和粘土中的一種或幾種的組合，其活性金屬組分為VIB或VIII族金屬中的一種或多種，VIB族金屬優(yōu)選為Mo和W，VIII族金屬優(yōu)選為Fe、Ni和Co。反應(yīng)溫度為300-4400C ;反應(yīng)壓力為5-25MPa ;氣液比為400-2000 ;空速為0.5-51Γ1。進(jìn)一步，本發(fā)明的煤直接液化方法，所述步驟粗油加氫預(yù)處理中反應(yīng)溫度為340-3900C ;反應(yīng)壓力為 10-17Mpa ;氣液比為 800-1500 ;空速為 0.5-2.5h'本發(fā)明還提供一種煤直接液化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:煤漿制備裝置、第一液化反應(yīng)器、第二液化反應(yīng)器、煤液化產(chǎn)物氣液分離單元、蒸餾單元、粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器、加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元、分餾塔；所述煤漿制備裝置， 用于將破碎干燥成煤粉的原料煤和催化劑、助催化劑、循環(huán)溶劑混合配制成煤漿；所述第一液化反應(yīng)器及所述第二液化反應(yīng)器為鼓泡床反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器或環(huán)流反應(yīng)器；所述第二液化反應(yīng)器出口分別與所述第一液化反應(yīng)器入口及所述煤液化產(chǎn)物氣液分離單元入口連通；所述煤液化產(chǎn)物氣液分離單元，用于將第二液化反應(yīng)器出口的液化反應(yīng)產(chǎn)物分離為氣相部分和液相部分；所述蒸餾單元，用于蒸餾通過所述煤液化產(chǎn)物氣液分離單元分離得到的液相部分，得到液化粗油和殘?jiān)?；所述粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器，用于對(duì)通過所述蒸餾單元得到的液化粗油進(jìn)行烯烴飽和、多環(huán)芳烴部分飽和反應(yīng)、脫除硫、氮、氧雜原子，得到粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物；所述加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元，用于對(duì)粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，得到氣相物料和液相物料；所述分餾塔，用于對(duì)液相物料進(jìn)行蒸餾分離，分離出輕質(zhì)油和重質(zhì)油，其中重質(zhì)油作為煤液化過程煤漿制備的循環(huán)溶劑，輕質(zhì)油作為煤液化單元的產(chǎn)品油。本發(fā)明的煤直接液化方法和系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn):1.在本發(fā)明所提供的方法和系統(tǒng)中，采用沒有內(nèi)構(gòu)件的鼓泡床、漿態(tài)床反應(yīng)器或帶有導(dǎo)流筒的環(huán)流反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件簡(jiǎn)單，而且兩個(gè)反應(yīng)器物料循環(huán)只需要一臺(tái)循環(huán)泵，因此可減少設(shè)備投資。2.在本發(fā)明所提供的方法和系統(tǒng)中，采用第二煤液化反應(yīng)器出口的高溫物料和第一反應(yīng)器入口的低溫物料混合，實(shí)現(xiàn)了熱能的有效利用。3.在本發(fā)明所提供的方法和系統(tǒng)中，使液化反應(yīng)器中的物料在兩個(gè)反應(yīng)器間循環(huán)，可有效均衡兩個(gè)煤液化反應(yīng)器的反應(yīng)負(fù)荷，使煤直接液化反應(yīng)系統(tǒng)的操作難度降低。4.在本發(fā)明所提供的方法和系統(tǒng)中，使液化反應(yīng)器中的物料在兩個(gè)反應(yīng)器間循環(huán)，可有效增加兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)液相軸向流速，避免固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)的沉積，保證液化裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明。



圖1為本發(fā)明煤直接液化系統(tǒng)的流程示意圖。圖中:1-新鮮氫氣，2-循環(huán)溶劑，3-原料煤，4-催化劑及助劑，5-混合氫氣，6_循環(huán)氫氣，7-廢氣，8-產(chǎn)品油，9-殘?jiān)?；Vl-煤漿制備裝置，Pl-煤漿進(jìn)料泵，F(xiàn)l-加熱爐，Rl-第一液化反應(yīng)器，R2-第二液化反應(yīng)器，P2-物料循環(huán)泵，V2-煤液化產(chǎn)物氣液分離單元，F(xiàn)2-加熱爐，Tl-常壓蒸餾塔，F(xiàn)3-加熱爐，T2-減壓蒸餾塔，F(xiàn)4-加熱爐，R3-粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器，V3-加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元，T3-分餾塔。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)到預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例說明本發(fā)明煤直接液化系統(tǒng)。如附圖1所示的煤直接液化系統(tǒng)包括:煤漿制備裝置VI，煤漿進(jìn)料泵P1，加熱爐Fl，第一液化反應(yīng)器Rl，第二液化反應(yīng)器R2，物料循環(huán)泵P2，煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2，加熱爐F2，蒸餾單元T，加熱爐F4，粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器R3，加氫預(yù)處理氣液分離單元V3，分餾塔T3。所述蒸餾單元T包括常壓蒸餾塔Tl、加熱爐F3、減壓蒸餾塔T2。
煤漿制備裝置Vl用于將破碎干燥成煤粉的原料煤和催化劑、助催化劑、循環(huán)溶劑混合配制成煤漿。煤漿制備裝置Vl的出口與第一液化反應(yīng)器Rl的入口通過管道連通，所述管道上依次設(shè)置有煤漿進(jìn)料泵Pl和加熱爐Fl，煤漿進(jìn)料泵Pl和加熱爐Fl之間的管道連通供氫管道。此部分裝置內(nèi)的工藝流程為:原料煤3經(jīng)過預(yù)處理干燥破碎成煤粉，然后和循環(huán)溶劑2、催化劑及助催化劑4 一起加入到煤漿制備裝置VI，在煤漿制備裝置Vl中攪拌混合成黏度低于500cp (60°C )的煤衆(zhòng)。煤衆(zhòng)經(jīng)煤衆(zhòng)進(jìn)料泵Pl增壓后與混合氫氣5混合,混合物經(jīng)過第一加熱爐Fl預(yù)熱，預(yù)熱后的混合物進(jìn)入第一液化反應(yīng)器Rl。第一液化反應(yīng)器Rl的出口和第二液化反應(yīng)器R2的入口串聯(lián)，第二液化反應(yīng)器R2的出口分別通過管道連通煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2的入口和第一液化反應(yīng)器Rl的入口，第二液化反應(yīng)器R2出口和第一液化反應(yīng)器Rl之間的管道上設(shè)置物料循環(huán)泵P2 ;本發(fā)明的第一液化反應(yīng)器Rl及第二液化反應(yīng)器R2選自鼓泡床反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器或環(huán)流反應(yīng)器。此部分裝置內(nèi)的工藝和反應(yīng)為:第一液化反應(yīng)器Rl流出的液化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入第二液化反應(yīng)器R2，繼續(xù)進(jìn)行液化反應(yīng)；從第二液化反應(yīng)器R2出口獲得液化反應(yīng)產(chǎn)物，其中的一部分通過物料循環(huán)泵P2輸送回第一液化反應(yīng)器Rl的入口循環(huán)使用。第二液化反應(yīng)器R2流出的液化反應(yīng)產(chǎn)物的另一部分 進(jìn)入煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2進(jìn)行氣液分離。煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2用于將第二液化反應(yīng)器出口的液化反應(yīng)產(chǎn)物分離為氣相部分和液相部分。煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2的上端口通過管道與供氫管道連通，煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2的下端口通過管道連通常壓蒸餾塔Tl的進(jìn)料口 ；V2下端口管道和常壓蒸餾塔Tl的進(jìn)料口之間還設(shè)置加熱爐F2。此部分裝置內(nèi)的工藝流程為:煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2氣相物料一部分作為循環(huán)氫氣6使用，另一部分作為廢氣7排出系統(tǒng)。蒸餾單元T用于蒸餾通過所述煤液化產(chǎn)物氣液分離單元分離得到的液相部分，得到液化粗油和殘?jiān)?。常壓蒸餾塔Tl的下端口通過管道與減壓蒸餾塔T2的進(jìn)料口連通，該管道上設(shè)置加熱爐F3 ;常壓蒸餾塔Tl的上端口輸出管道、減壓蒸餾塔T2的上端口輸出管道和供氫管道可連通地匯集為一根管道，匯集后的管道連通粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器R3的進(jìn)料口 ；匯集后的管道和粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器R3之間設(shè)置加熱爐F4。此部分裝置內(nèi)的工藝流程為:煤液化產(chǎn)物氣液分離單元V2得到的液相部分經(jīng)加熱爐F2加熱后進(jìn)入常壓蒸餾塔Tl，從常壓蒸餾塔Tl頂部蒸出輕相油品，從常壓蒸餾塔Tl底部流出的重相油品經(jīng)第三加熱爐F3加熱后進(jìn)入減壓蒸餾塔T2進(jìn)一步蒸餾；油品在減壓蒸餾塔T2內(nèi)分離為減壓餾分油和殘?jiān)?，所述輕相油品和所述減壓餾分油混合成液化粗油；該液化粗油經(jīng)升壓后與混合氫氣混合，混合后經(jīng)過加熱爐F4預(yù)熱后進(jìn)入加氫反應(yīng)器R3進(jìn)行催化加氫反應(yīng)。粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器R3用于對(duì)液化粗油進(jìn)行加氫預(yù)處理，使烯烴飽和、多環(huán)芳烴部分飽和以及硫、氮、氧雜原子脫除，得到粗油加氫產(chǎn)物。粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器R3的出料口與加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元V3的進(jìn)料口連通，氣液分離單元V3的上端口連通供氫管道，氣液分離單元V3的下端口連通分餾塔T3的進(jìn)料口，分餾塔T3的上端口連接產(chǎn)品輸出管道，分餾塔T3的下端口與煤漿制備裝置Vl連通；本發(fā)明的粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器R3為固定床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器。此部分裝置內(nèi)的工藝流程為:粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物在氣液分離單元V3中進(jìn)行氣液分離，得到氣相物料和液相物料，氣相物料一部分作為廢氣7，另一部分作為循環(huán)氫氣6利用；液相物料進(jìn)入分餾塔T3，經(jīng)過分離得到輕質(zhì)油和重質(zhì)油，輕質(zhì)油和重質(zhì)油的切割溫度點(diǎn)在220-370°C之間，輕質(zhì)油為煤液化產(chǎn)品油8，重質(zhì)油作為循環(huán)溶劑2用于配制煤漿。本發(fā)明提供一種煤直接液化方法，步驟為:I)煤漿制備，是將原料煤破碎為干煤粉，然后將干煤粉與催化劑、助催化劑、循環(huán)溶劑混合配制成煤漿；原料煤是褐煤、次煙煤、煙煤或它們的混合物，煤粉的粒度為80-200目，含水量為
0.5_4wt%。催化劑是貴金屬催化劑、金屬鹵化物催化劑、鐵系催化劑或鐵系、貴金屬?gòu)?fù)合型催化劑。貴金屬催化劑如鈷、鑰、鎳；金屬鹵化物催化劑如ZnCl2、SnCl2 ;鐵系催化劑如含鐵的天然礦石(如黃鐵礦)、含鐵的工業(yè)廢渣(如赤泥)或純態(tài)鐵的化合物(如鐵的氧化物、氫氧化物和硫化物)。催化劑優(yōu)選是超細(xì)高分散催化劑，如超細(xì)黃鐵礦、納米級(jí)水合氧化鐵(FeOOH)0助催化劑是硫化劑。催化劑添加量為干煤粉重量的0.5-5%，所述助催化劑中含有的硫與催化劑有效成分的摩爾比為0.5-3，煤漿固體濃度為20-55wt%。循環(huán)溶劑或外加溶劑是具有2-4個(gè)環(huán)的芳香烴和氫化芳香烴，餾程為220-650°C，芳碳率(f a)為0.43-0.50。2)液化反應(yīng)，是將所述煤漿與氫氣混合然后預(yù)熱到350_410°C。隨后依次通入串聯(lián)的第一液化反應(yīng)器和第二液化反應(yīng)器進(jìn)行液化反應(yīng)；在第二液化反應(yīng)器出口獲得液化反應(yīng)產(chǎn)物，其中一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過物料循環(huán)泵輸送回第一液化反應(yīng)器的入口循環(huán)使用；第一液化反應(yīng)器和第二液化反應(yīng)器為沒有內(nèi)構(gòu)件的鼓泡床反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器或帶有導(dǎo)流筒的環(huán)流反應(yīng)器；液化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為400-480°C，反應(yīng)壓力為10-30MPa ;氣液比為 600-2000NL/kg ;煤漿空速為 0.5-4.51Γ1。從第二液化反應(yīng)器出口返回第一液化反應(yīng)器的一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物與煤漿的重量流量比為0.5-8，優(yōu)選為1-3。在本發(fā)明所述方法的實(shí)施過程中，可根據(jù)裝置規(guī)模、反應(yīng)器空塔液速通過常規(guī)的工藝計(jì)算確定從第二液化反應(yīng)器出口返回第一液化反應(yīng)器的一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物與煤漿的重量流量之比。3)煤液化產(chǎn)物氣液分離，是第二液化反應(yīng)器出口的另一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入煤液化產(chǎn)物氣液分離單元進(jìn)行氣液分離，得到氣相部分和液相部分；煤液化產(chǎn)物分離單元可由多個(gè)氣液分離器、冷凝器以及減壓閥等設(shè)備組成，煤液化產(chǎn)物經(jīng)過逐級(jí)分離得到的氣相部分一部分排入廢氣系統(tǒng)，另一部分作為循環(huán)氫氣利用；4)蒸餾分離，是上述步驟3)的液相部分經(jīng)過加熱爐加熱后進(jìn)入常壓蒸餾塔，從常壓蒸餾塔上部蒸出輕相油品，從常壓蒸餾塔底部流出的重相油品經(jīng)加熱后進(jìn)入減壓蒸餾塔進(jìn)一步蒸餾；油品在減壓蒸餾塔內(nèi)分離為減壓餾分油和殘?jiān)?，所述輕相油品和所述減壓餾分油的混合物即為液化粗油；5)粗油加氫預(yù)處理，是對(duì)液化粗油進(jìn)行加氫精制，脫除硫、氮、氧雜原子、使烯烴飽和及多環(huán)芳烴部分飽和，得到粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物。粗油加氫預(yù)處理步驟中的粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器；加氫催化劑為負(fù)載型催化劑，載體為氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和粘土中的一種或幾種的組合，其活性金屬組分為VIB或VIII族金屬中的一種或多種，VIB族金屬優(yōu)選為Mo和W，VIII族金屬優(yōu)選為Fe、Ni和Co。粗油加氫預(yù)處理的反應(yīng)條件是:反應(yīng)溫度為300-440°C，優(yōu)選340-390°C;反應(yīng)壓力為5-25MPa，優(yōu)選10_17Mpa ;氣液比為400-2000，優(yōu)選800-1500 ；空速為 0.5-5h-1，優(yōu)選 0.5-2.5h-1 ；6)加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離，是粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物在加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元中進(jìn)行氣液分離，氣液分離單元可由多個(gè)分離器、冷凝器以及減壓閥等設(shè)備組成，加氫預(yù)處理產(chǎn)物經(jīng)過逐級(jí)分離得到氣相物料和液相物料，氣相物料一部分排入廢氣系統(tǒng)，另一部分作為循環(huán)氫氣重復(fù)利用。7)產(chǎn)品分餾，是所述加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元經(jīng)過分離得到的液相物料進(jìn)入分餾塔經(jīng)過蒸餾分離得到輕質(zhì)油和重質(zhì)油，輕質(zhì)油和重質(zhì)油的切割溫度點(diǎn)在220-370°C之間，輕質(zhì)油為煤液化產(chǎn)品油，重質(zhì)油作為循環(huán)溶劑用于配制煤漿。實(shí)施例1采用內(nèi)蒙勝利褐煤為液化原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I。首先對(duì)勝利褐煤進(jìn)行粉碎，制得粒度小于180目的煤粉，并干燥至含水量小于3%。催化劑是含鐵工業(yè)廢渣赤泥，添加量是=Fe/干煤=5wt% ;助催化劑是工業(yè)級(jí)硫磺粉，純度> 99%，S/Fe (摩爾比)=2。煤漿固體濃度為48wt%，40°C條件下煤漿黏度是194.7cP。新鮮氫氣純度為99.9%，循環(huán)氫中氫氣濃度> 90%。煤直接液化連續(xù)試驗(yàn)裝置規(guī)模為0.1噸/天，工藝流程采用本發(fā)明的煤直接液化法。實(shí)施例1的主要反應(yīng)條件見表2 ;實(shí)施例1的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表3中的數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)比例1采用與實(shí)施例1相同的原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I ;使用與實(shí)施例1同等規(guī)模的連續(xù)液化試驗(yàn)裝置，工藝流程采用典型的德國(guó)IGOR+工藝，具體工藝條件與實(shí)施例1相同，具體反應(yīng)條件見表2 ;對(duì)比例I的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表中數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。實(shí)施例2采用甘肅天祝煙煤為液化原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I。對(duì)甘肅天祝煙煤進(jìn)行粉碎，制得粒度小于190目的煤粉試樣，并干燥至含水量小于2%。催化劑為ZnCl2,添加量為干煤粉重量的3.0% ;助催化劑為工業(yè)級(jí)硫磺粉，純度大于99%，添加量為S/Zn (摩爾比)=0.5 ；煤漿固體濃度為40wt%，40°C條件下煤漿黏度是187.8cP。新鮮氫氣純度為99.9%，循環(huán)氫中氫氣濃度> 80%。煤直接液化連續(xù)試驗(yàn)裝置規(guī)模為0.lt/d，工藝流程采用本發(fā)明的煤直接液化法。實(shí)施例2的主要工藝條件見表2 ;實(shí)施例2的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表3中的數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)比例2采用與實(shí)施例2相同的原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I ;使用與實(shí)施例2同等規(guī)模的連續(xù)液化試驗(yàn)裝置，工藝流程采用日本NEDOL工藝，具體工藝條件與實(shí)施例2相同，具體工藝條件見表2 ;對(duì)比例2的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表中數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。實(shí)施例3采用新疆黑山煙煤為液化原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1。首先對(duì)新疆黑山煙煤進(jìn)行粉碎，制得粒度小于200目的煤粉試樣，并干燥至含水量小于1%。催化劑是直徑20-50納米，長(zhǎng)度為80-180納米的超細(xì)顆粒的Y—水合氧化鐵(Y — FeOOH)型高活性液化催化劑，添加量是:Fe/干煤=0.5wt% ;助催化劑是二硫化碳或二甲基硫醚，添加量為S/Fe (摩爾比)=3 ;煤漿固體濃度為45wt%，40°C條件下煤漿黏度是214.5cP。新鮮氫氣純度為99.9%，循環(huán)氫中氫氣濃度> 85%。煤直接液化連續(xù)試驗(yàn)裝置規(guī)模為0.lt/d，工藝流程采用本發(fā)明的煤直接液化法。實(shí)施例3的主要工藝條件見表2 ;實(shí)施例3的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表3中的數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)比例3采用與實(shí)施例3相同的原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I ;使用與實(shí)施例3同等規(guī)模的連續(xù)液化試驗(yàn)裝置，工藝流程采用正在商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)的神華煤直接液化工藝，具體工藝條件與實(shí)施例3相同，具體工藝條件見表2 ;對(duì)比例3的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表中數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。實(shí)施例4采用新疆艾丁褐煤為液化原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I。首先對(duì)原料煤進(jìn)行粉碎，制得粒度小于200目的煤粉，并干燥至含水量小于4%。催化劑是天然硫鐵礦，添加量是:Fe/干煤=4.5wt% ;助催化劑是工業(yè)級(jí)硫磺粉，純度> 99%，S/Fe (摩爾比)=0.5。煤漿固體濃度為40wt%，40°C條件下煤漿黏度是174.7cP。新鮮氫氣純度為99.9%，循環(huán)氫中氫氣濃度>90%。煤直接液化連續(xù)試驗(yàn)裝置規(guī)模為0.1噸/天，工藝流程采用本發(fā)明的煤直接液化法。實(shí)施4的主要反應(yīng)條件見表2 ;實(shí)施例4的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表3中的數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)比例4采用與實(shí)施例4相同的原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I ;使用與實(shí)施例4同等規(guī)模的連續(xù)液化試驗(yàn)裝置，工藝流程采用煤炭科學(xué)研究總院開發(fā)的中國(guó)煤直接液化工藝(CDCLI藝)，具體工藝條件與實(shí)施例1相同，具體反應(yīng)條件見表2 ;對(duì)比例4的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表中數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。實(shí)施例5采用新疆伊犁年輕煙煤為液化原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I。首先對(duì)原料煤進(jìn)行粉碎，制得粒度小于120目的煤粉，并干燥至含水量小于2%。催化劑是鑰-鈷系催化劑，添加量是=Fe/干煤=lwt% ;助催化劑是工業(yè)級(jí)硫磺粉，純度> 99%，S/鑰(摩爾比)=2。煤漿固體濃度為45wt%，40°C條件下煤漿黏度是184.5cP。新鮮氫氣純度為99.9%，循環(huán)氫中氫氣濃度> 90%。煤直接液化連續(xù)試驗(yàn)裝置規(guī)模為0.1噸/天，工藝流程采用本發(fā)明的煤直接液化法。實(shí)施例5的主要反應(yīng)條件見表2 ;實(shí)施例5的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表3中的數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)比例5采用與實(shí)施例5相同的原料煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表I ;使用與實(shí)施例5同等規(guī)模的連續(xù)液化試驗(yàn)裝置，工藝流程采用美國(guó)的H-COAL煤液化工藝，具體工藝條件與實(shí)施例5相同，具體反應(yīng)條件見表2 ;對(duì)比例5的液化試驗(yàn)結(jié)果見表3，表中數(shù)據(jù)以干燥無灰基煤為計(jì)算
基準(zhǔn)。 表I實(shí)施例1-3及對(duì)比例1-3液化煤煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種煤直接液化方法，其特征在于，包括以下步驟:煤漿制備、液化反應(yīng)、煤液化產(chǎn)物氣液分離、蒸餾分離、粗油加氫預(yù)處理、加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離和產(chǎn)品分餾； 所述煤漿制備，是將原料煤破碎為干煤粉，然后將干煤粉與催化劑、助催化劑、循環(huán)溶劑或外加溶劑混合配制成煤漿； 所述液化反應(yīng)，是將所述煤漿與氫氣混合然后預(yù)熱，隨后依次通入串聯(lián)的第一液化反應(yīng)器和第二液化反應(yīng)器進(jìn)行液化反應(yīng)；在第二液化反應(yīng)器出口獲得液化反應(yīng)產(chǎn)物，其中一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過循環(huán)泵輸送回第一液化反應(yīng)器的入口循環(huán)使用； 所述煤液化產(chǎn)物氣液分離，是對(duì)第二液化反應(yīng)器出口的另一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，得到氣相部分和液相部分； 所述蒸餾分離，是將煤液化產(chǎn)物氣液分離得到的液相部分進(jìn)行蒸餾，得到液化粗油和殘?jiān)? 所述粗油加氫預(yù)處理，是對(duì)液化粗油進(jìn)行加氫精制，脫除硫、氮、氧雜原子、使烯烴飽和及多環(huán)芳烴部分飽和，得到粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物； 所述加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離，是對(duì)粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，得到氣相物料和液相物料； 所述產(chǎn)品分餾，是將所述加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離得到的液相物料進(jìn)行分離，得到輕質(zhì)油和重質(zhì)油，其中重質(zhì)油作為煤液化過程煤漿制備的循環(huán)溶劑，輕質(zhì)油作為煤液化單元的產(chǎn)品油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤直接液化方法，其特征在于，所述催化劑為貴金屬催化劑、金屬鹵化物催化劑、鐵系催化劑或鐵系、貴金屬?gòu)?fù)合型催化劑；所述助催化劑為硫化劑；催化劑添加量為干煤粉重量的0.5-5%，所述助催化劑中含有的硫與催化劑有效成分的摩爾比為0.5-3 ;煤漿固體濃度為20-55Wt% ;所述循環(huán)溶劑或外加溶劑是含2-4環(huán)的芳烴和氫化芳烴類化合物或油品，餾程 為220-650°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤直接液化方法，其特征在于， 所述貴金屬催化劑為鈷、鑰、鎳； 所述金屬鹵化物催化劑為ZnCl2、SnCl2 ； 所述鐵系催化劑為含鐵的天然礦石、含鐵的工業(yè)廢渣或純態(tài)鐵的化合物； 所述鐵系、貴金屬?gòu)?fù)合型催化劑為含鐵和鎳、鎢、鑰或鈷中的兩種或兩種以上的天然礦石、人工復(fù)合物或人工復(fù)配物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤直接液化方法，其特征在于，所述鐵系催化劑或鐵系、貴金屬?gòu)?fù)合型催化劑為超細(xì)高分散催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的煤直接液化方法，其特征在于， 所述液化反應(yīng)中，第一液化反應(yīng)器和第二液化反應(yīng)器是沒有內(nèi)構(gòu)件的鼓泡床反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器或帶有導(dǎo)流筒的環(huán)流反應(yīng)器；液化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為400-480°C，反應(yīng)壓力為 10-30MPa ;氣液比為 600-2000NL/kg ;煤漿空速為 0.5-4.51Γ1 ； 從第二液化反應(yīng)器出口返回第一液化反應(yīng)器的一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物與煤漿的重量流量比為0.5-8。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤直接液化方法，其特征在于，從第二液化反應(yīng)器出口返回第一液化反應(yīng)器的一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物與煤漿的重量流量比為1-3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的煤直接液化方法，其特征在于， 所述步驟粗油加氫預(yù)處理中的粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器；加氫催化劑為負(fù)載型催化劑，其載體為氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和粘土中的一種或幾種的組合，其活性金屬組分為Mo、W、Fe、Ni和Co中的一種或多種；反應(yīng)溫度為300-440°C ;反應(yīng)壓力為5-25MPa ;氣液比為400-2000 ;空速為0.5-51Γ1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤直接液化方法，其特征在于，所述步驟粗油加氫預(yù)處理中反應(yīng)溫度為340-390°C ;反應(yīng)壓力為10-17Mpa ;氣液比為800-1500 ;空速為0.5-2.51Γ1。
9.一種煤直接液化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 煤漿制備裝置、第一液化反應(yīng)器、第二液化反應(yīng)器、煤液化產(chǎn)物氣液分離單元、蒸餾單元、粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器、加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元、分餾塔； 所述煤漿制備裝置，用于將破碎干燥成煤粉的原料煤和催化劑、助催化劑、循環(huán)溶劑混合配制成煤漿； 所述第一液化反應(yīng)器及所述第二液化反應(yīng)器為鼓泡床反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器或環(huán)流反應(yīng)器； 所述第二液化反應(yīng)器出口分別與所述第一液化反應(yīng)器入口及所述煤液化產(chǎn)物氣液分離單元入口連通； 所述煤液化產(chǎn)物氣液分離單元，用于將第二液化反應(yīng)器出口的液化反應(yīng)產(chǎn)物分離為氣相部分和液相部分； 所述蒸餾單元，用于蒸餾通過所述煤液化產(chǎn)物氣液分離單元分離得到的液相部分，得到液化粗油和殘?jiān)? 所述粗油加氫預(yù)處理反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器，用于對(duì)通過所述蒸餾單元得到的液化粗油進(jìn)行烯烴飽和、及多環(huán)芳烴部分飽和反應(yīng)、脫除硫、氮、氧雜原子，得到粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物； 所述加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元，用于對(duì)粗油加氫預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，得到氣相物料和液相物料； 所述分餾塔，用于對(duì)加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離單元分離得到的液相物料進(jìn)行蒸餾分離，分離出輕質(zhì)油和重質(zhì)油，其中重質(zhì)油作為煤液化過程煤漿制備的循環(huán)溶劑，輕質(zhì)油作為煤液化單元的產(chǎn)品油。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤直接液化方法，包括以下步驟煤漿制備、液化反應(yīng)、煤液化產(chǎn)物氣液分離、蒸餾分離、粗油加氫預(yù)處理、加氫預(yù)處理產(chǎn)物氣液分離和產(chǎn)品分餾。液化反應(yīng)是將所述煤漿與氫氣混合，依次通入串聯(lián)的第一液化反應(yīng)器和第二液化反應(yīng)器進(jìn)行液化反應(yīng)；在第二液化反應(yīng)器出口獲得液化反應(yīng)產(chǎn)物，其中一部分液化反應(yīng)產(chǎn)物返回第一液化反應(yīng)器的入口循環(huán)使用。利用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)熱能的有效利用，并有效均衡兩個(gè)煤液化反應(yīng)器的反應(yīng)負(fù)荷，避免固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)的沉積，煤直接液化反應(yīng)系統(tǒng)的操作難度低并能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)C10G1/06GK103074097SQ20131003884
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者張曉靜, 胡發(fā)亭, 李培霖, 毛學(xué)鋒, 王雨, 王勇, 顏丙峰, 石智杰, 趙鵬, 黃澎, 張帆, 趙淵, 杜淑鳳, 谷小會(huì), 朱肖曼, 吳艷, 孫竟曄, 鐘金龍, 李偉林 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院