CN101280208A

CN101280208A - 一种多用煤液化装置及煤液化工艺

Info

Publication number: CN101280208A
Application number: CNA2007100109004A
Authority: CN
Inventors: 彭派
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2027-04-04
Also published as: CN101280208B

Abstract

本发明涉及一种多用煤液化装置及煤液化工艺。装置主要包括一个用煤炭制取液体产物的三相逆流反应器，和一个用残煤制取液体产物改质用氢气的两相逆流反应器，以及相关的分离系统。通过调整三相逆流反应器的操作条件，可以实现高压加氢煤液化、煤炭低压溶剂热溶催化或煤炭溶剂抽提工艺过程。与现有技术相比，本发明多用煤液化装置及工艺具有灵活性强，对煤源适应性广等特点，可以针对煤的质量及产品的需求实现多种煤液化工艺过程。

Description

一种多用煤液化装置及煤液化工艺

技术领域

本发明涉及煤炭化学加工的技术领域，具体是一种多用煤液化装置及工艺。

背景技术

从煤炭中制取液体有机物的方法，技术较成熟的主要有以下三种：(1)固体燃料的热解(低温、高温干馏法)，它的基本过程是将煤加热，产生分解及缩合反应，一般在常压及400℃以上温度下进行，反应生成含富氢的煤气，低分子液体焦油和煤焦以及残渣，此法主要用于低质煤的提质加工，其液体收率低。(2)煤炭先气化制取CO和H₂后，在铁、钴、镍的催化剂作用下生成较纯净的液体有机物，其过程复杂，技术要求高。(3)煤直接液化方法，是在一定温度(400～500℃)和压力(10.0～30.0MPa)下，在催化剂和溶剂存在下将煤炭进行催化加氢，生成液体燃料产物。该法的煤炭转化率高，但技术复杂，设备要求高，产品需要进行二次加氢改质，具有投资大、操作费用高等不足。

中国专利CN1360012A和CN1388211A公开了一种利用煤炭物化反应制取代用柴油的配方和配制方法。其过程是利用助剂和促进剂进行热溶解。虽然过程简单，但其液体产品必须与石油或其它化工溶剂、助剂进行复配，称代用柴油，其异味大、颜色深，腐蚀性和储存安定性等产品质量指标与行业标准有差距。

中国专利200410015698.0提供了一种转化率适中、操作条件缓和的由煤炭制取液体燃料的方法，属于一种溶剂催化热解过程，其产品经加氢处理后既符合当前汽油、柴油标准，又有投资少、操作成本低、环境污染少、有利于环境保护的优点。但需要搅拌、过滤、产品加氢等工序，存在加工流程较烦琐的缺点。

以上各种方法分属不同的工艺类型，流程及装置不兼容、原料及产品方案不易更改。

发明内容

本发明的目的是提供一种多用煤液化系统装置及工艺。使用所述的多用煤液化装置，可根据不同的原料和产品方案，灵活选择高压加氢煤液化、煤炭低压溶剂热溶催化、煤炭溶剂抽提(包括非临界抽提、亚临界抽提、超临界抽提)等工艺过程，分别实现多种不同方式的煤液化方法，同时副产液体产品加氢改质所需的氢气。

本发明多用煤液化系统主要包括如下内容：一个用煤炭制取液体产物的三相逆流反应器，和一个用残煤制取液体产物改质用氢气的两相逆流反应器，组合在包括气、液、固相分离单元设备在内的工艺流程系统中。三相逆流反应器内置三相分离器构件，可进行高压加氢煤液化、煤炭低压溶剂热溶催化、煤炭溶剂抽提等工艺过程操作。

所述的包括气、液、固相分离单元设备在内的工艺流程系统主要包括：三相逆流反应器顶部排出的气相与两相逆流反应器顶部排出的气相经过冷凝器，冷凝后的气相进入气体分离系统，分离出H₂、CO、烃类等。冷凝器中部排出的液态烃进入分馏系统，底部排出的水做为两相逆流反应器的进料或外排。三相逆流反应器上部排出液相进入分馏系统，分离出各种液相产品。三相逆流反应器底部排出的残渣进入两相逆流反应器上部，两相逆流反应器下部进空气、CO、烃类、H₂O等。两相逆流反应器底部排出灰渣。

采用本发明多用煤液化系统可以实现高压加氢煤液化工艺、煤炭低压溶剂热溶催化工艺和煤炭溶剂抽提工艺，其中煤高压加氢液化反应、煤低压溶剂热溶催化剂反应、煤炭溶剂抽提反应在三相逆流反应器中进行，通过改变三相逆流反应器的操作条件即可以实现不同的工艺过程。

与现有各种煤液化系统相比，本发明具有如下优点：1、提供了一种适用于高压加氢煤液化、煤炭低压溶剂热溶催化、煤炭溶剂抽提等工艺过程的通用流程系统，可根据不同的原料和产品方案，灵活选择不同方式的煤液化方法，具有广泛的原料和产品方案适应性；2、先在较缓和的工艺条件下处理煤炭中易转化和易溶解物质，再将难转化和难溶解物质进行高温水煤气化反应，这样既有效避免了可溶性有机物的二次裂解和缩合、结焦反应，在缓和条件下提高液体产品收率，又副产液体产品加氢改质所需氢气，使煤炭中的不同成分得到合理加工和充分利用；3、逆流的气固液三相反应器及气固两相反应器能维持反应段上下部之间物料化学组成的浓度差别，有利于减少反应和溶解过程的物料扩散阻力，提高了煤液化工艺的反应效率；4、内置三相分离构件的三相反应器，取消了现有一些工艺的过滤步骤，简化了分离流程，有效节省工艺过程的设备投资和操作费用；5、煤热解反应生成水和CO回用制氢，有效减少废水废气排放和水资源浪费，有利环保。

附图说明

图1为本发明所述多用煤液化系统及工艺的流程图；

图2为本发明所述的三相逆流反应器结构示意图。

图1的字母和数字组合表示设备：V1.煤浆装备罐，P1.煤浆泵，F1.液化进料加热炉，C1.氢气压缩机，P2.循环溶剂泵，R1.三相逆流反应器，R2.两相逆流反应器，S1.旋风分离器，L1.气体冷凝器，F2.气化进料加热炉，V2.气、油、水分离器，P3.水泵，C2.气化气压缩机，C3.空气压缩机，F3.蒸馏塔进料加热器，T1.蒸馏塔，GS.气体分离系统。

图1的物料：Coal表示煤粉，Cat/As表示催化剂/助剂，Solvent表示溶剂，Air表示空气，Residue表示浆渣，Ge表示惰性气体，H₂表示氢气，CO表示一氧化碳，C1～C3表示碳原子数为1～3的烃类，GO表示汽油馏分，DO表示柴油馏分，AGO表示减压馏分，AR表示渣油馏分，H₂O表示水。

图2为反应器R1的构造及作用区域，图中数字表示构件，字母表示区域和物料：①为溶剂与气体入口，②为排渣口，③为反应器底部锥体，④为气体分配器，⑤为反应器筒体，⑥为煤浆入口管，⑦为破沫板，⑧为液体导出管，⑨为气体出口，⑩为三相分离器上位导流构件，

为三相分离器下位导流构件，

为三相分离器锥形浮动挡板；

为煤浆分配器。A为高煤剂比煤浆进料，B为溶剂与气体混合进料，C为三相反应区，D为三相分离的气体逸出区，E为三相分离的固体沉降区，F为粉渣沉集区，G为气相产物，I为液相产物。

具体实施方式

本发明煤液化系统及工艺对煤炭中的组分按先易后难顺序分级反应利用。先以较缓和的工艺条件，将煤炭中易转化和易溶解的有机物质在三相逆流反应器内反应和释放出来，避免这些物质的二次裂解和缩合、焦化反应；然后将煤炭中难转化和难溶解物质(残煤)转移到两相逆流反应器进行高温气化反应生产富氢气体。

在以溶剂为介质的煤液化过程中，煤粉向下、溶剂和气体向上逆流接触，维持反应段上下部之间气、液相化学组成的浓度差别，减少反应和溶解过程的物料扩散阻力，使煤液化过程的系列物理和化学反应得以充分进行，适用于高压加氢煤液化、煤炭低压溶剂热溶催化、各种煤炭溶剂抽提等工艺过程。

煤液化反应副产CO、H₂、C₁～C₃烃类等可燃性气体和水分的综合利用。H₂作为鼓泡搅拌和原料气体返回三相逆流煤液化反应器使用，以阻断操作温度下生成的可溶性有机物二次裂解和缩合、结焦反应。水分、CO、和C₁～C₃烃类可用作残煤制氢的混合气化剂。

下面结合附图进一步说明本发明技术内容和效果。

预处理后的煤粉与来自循环溶剂泵P2的部分循环溶剂、催化剂和/或助剂一起在煤浆制备罐V1制成可泵送的高煤剂比煤浆。煤浆经煤浆泵P1加压后送至加热器F1加热到所需温度，从三相逆流反应器R1的中上部进入内置的煤浆分配器，分散进入反应器后向下扩散。来自蒸馏塔T1下部的循环溶剂，经溶剂泵P2加压后，除小部分用于配制煤浆外，大部分与来自气体分离系统GS并经压缩机C1增压的氢气合并，送至加热器F1加热到所需温度，从三相逆流反应器的下部进入内置的气液分配器，分散进入反应器后向上扩散。在三相逆流反应器的反应段内，固体煤粉颗粒以其较大的密度向下沉降，而溶剂和氢气则以其较小的密度向上提升，煤粉下沉过程中与溶剂和氢气反应，产生的气体和液体分别溶入气、液相并向上提升，未反应的不溶固体粉粒则继续向下沉降，直至沉到反应器底部锥形筒中富集，与少量重质溶剂形成浆渣排出。气、液相及其夹带的固体微粒一直上升，直到进入反应器上部的三相分离器进行分离，其中气、液两相分别从反应器顶部排出，固体微粒折回反应区继续反应。

反应器R1底部排出的浆渣从两相逆流反应器R2上部进入内置的喷嘴，向下喷出。经压缩机C2增压的CO+C₁～C₃烃类气体与来自气、油、水分离器V2底部并经水泵P3加压的冷凝水汇合作为气化剂，送入高温加热器F2升到所需温度后，再与经压缩机C3增压的空气汇合为混合气化气，从反应器R2下部进入内置的喷嘴，向上喷出。空气与部分可燃气发生燃烧反应，使反应器R2的下中部达到气化反应温度，物料中的C、CO与水发生变换和还原反应生成H₂，C₁～C₃烃类发生热裂解反应也生成H₂。在反应器R2上部，残渣夹带的小部分液体先汽化上升，干燥粉粒继续下落并与高温气体发生系列水煤气化反应，生成的富氢气体随气流上升，惰性灰分继续下落到反应器底部，作为灰渣排放。从反应器R2顶部排出的气体进入旋风分离器S1，气体夹带的微粒固体在分离器底部排出。分离器顶部排出的气体与R1顶部排出的气体合并进入冷却器L1进行冷却。

反应器R1上部排出的液化生成油与来自分离器V2中部排出的冷凝油混合进入加热器F3加热到所需温度，进入蒸馏塔T1分离成汽油、柴油、循环溶剂油和渣油。部分过剩循环溶剂和全部汽油、柴油、渣油送去下游装置进行包括加氢改质在内的后处理加工。

反应器R1和R2上部排出的气体含有轻烃、水分、氢气、CO₂、CO、N₂及S、N等元素的气态化合物，经冷却器L1冷却后进入分离器V2分为冷凝油、冷凝水和干气。冷凝水从分离器底部排出，其中一部分作为制氢原料去反应器R2进行水煤气反应，多余部分去下游装置的废水处理系统；冷凝油从分离器中部排出，与反应器R1的生成油合并去蒸馏塔进行蒸馏分离；干气去气体分离系统GS进行气体分离，分离出的氢气一部分打回反应器R1循环使用，一部分去下游产品改质装置作为液体产物加氢改质使用；分离出的CO+C₁～C₃烃气体作为制氢原料去反应器R2进行变换反应；CO₂、N₂及S、N等元素的气态化合物作为废气排放或进一步处理后排放。

下面结合图2说明三相逆流反应器R1的构造及其工作原理：

本发明使用的内置三相分离器构件的三相逆流煤液化反应器R1，内部分为中部的三相逆流反应区C、上部的三相分离区E及D、底部的粉渣沉集区F。其中反应区C为圆筒形反应器的主体，不小于反应器整体空间的60％，以70％～85％为佳；三相分离区E加D不大于整体空间的30％，以10％～20％为佳；粉渣沉集区F为锥形，不大于整体空间的10％，以5％～8％为佳。

在反应区上部位于分离区下面之处设置一根煤浆进料管，进料管伸进中间弯口向下并配置莲蓬状分配器

；粉渣沉集区锥形体中部设置进气管，进气管伸进中间弯口向上并配置莲蓬状分配器④；粉渣沉集区底部锥形缩口就是排渣口②。

三相分离部件主要由导流构件和挡流构件构成，其中导流构件为两头开口的上窄下宽或上宽下窄的锥筒或锥斗，有上位和下位之分，上位导流构件为上窄下宽结构，下位导流构件为上宽下窄结构，下位导流构件

的上端和上位导流构件⑩的下端同轴相套。挡流构件

为尖顶封闭的锥筒构形，采用浮动结构，设置在下位导流构件下方。下位导流构件向下一面将反应物流导入三相分离区，向上一面与上位导流构件构成气体逸出区和固体沉降区。上位导流构件还可将所分离出的液体导入反应器的液体出口。浮动的挡流构件位于下位导流构件的下方，两者之间形成所分离出催化剂的下落通道。挡流构件上面是固体沉降区的底部，下面是反应区的上部。该件可阻挡反应物流进入固体沉降区，保证该区的催化剂沉降不受上窜的气泡和液体扰动。位于气体逸出区液面之下设置破沫板7。

R1反应段三相间伴随气体鼓泡搅拌的逆流接触运动，能维持反应段上下部之间气、液相化学组成的浓度差别，有利于减少反应和溶解过程的物料扩散阻力，使煤液化过程的系列物理和化学反应得以充分进行。

煤浆A从反应器中上部中间经分配器

进入反应区C，借重力下落，借气体扰动扩散分散；气体B从反应器下部中间经分配器④进入反应区C，借浮力鼓泡上升。气体和固液体在三相反应区C内逆流接触完成反应和传质，未反应的粉渣富集于反应器底部F排出，液体和气体及其夹带的固体微粒从下位导流构件下面导入三相分离区。由于物流截面突然由小增大，物流速度突然变小，气体快速分离，夹带的固体微粒可自由沉降并沿下位和上位导流构件⑩的上面导入固体沉降区E，待沉降区积累的固体微粒重量与锥形浮动挡板

重量之和大于反应区物流对浮动挡板

的上冲力时，浮动挡板

位置下降，固体微粒沿锥形面进入反应区继续反应。固体沉降区E上部清液沿液体导出管⑧上升并排出，气体逸出区的气体穿过破沫板⑦向上逸出进入纯气相，经排气口⑨排出。

下面按具体操作工艺类型，进一步描述本发明煤液化系统可以实现的工艺过程。

按操作工艺类型分，本发明的具体实施方式主要有三种：高压加氢煤液化、煤炭低压溶剂热溶催化和煤炭溶剂抽提。除原料和产品方案不同外，这三种实施方式的区别主要在原料溶剂、原料气体和三相逆流反应器的操作条件方面，而两相逆流气化反应器的操作条件基本相同。分述如下：

1、高压加氢煤液化

本发明可采用与现有技术相同的工艺条件进行高压加氢煤液化，以获得95m％(以无水无灰煤质量计，文中m％为质量百分含量)以上的煤炭转化率。但现有高压加氢煤液化技术需要额外使用原料煤制氢，高温高压条件会使原本附加价值较高的大分子有机物二次裂解为价值较低的低分子燃料油成份，同时增加氢耗，与工艺效益最优化背道而驰。因此本发明不片面追求很高的煤炭转化率，仅将煤炭中易转化和易溶解物质液化。未转化部分为残煤，用于制氢。由于本发明采用了强化传质的三相逆流反应器，而且煤炭加氢转化率适中，反应条件比较缓和，氢耗也低，获得的液体产品适宜提取附加价值较高的大分子有机物。

因此与现有高压加氢煤液化技术相比，此实施方式的反应压力和温度一般较低、反应空速较高。

研究表明，临氢煤液化反应过程中，一部分氢源自原料煤本身，由富氢热解碎片转移到贫氢热解碎片，一部分氢源自外加氢气通过催化剂激活或溶剂传递直接加入到贫氢热解碎片，从而形成液体产物和可溶性有机物。煤热解从250℃左右开始，易分解物质先反应，随温度上升，不易分解物质也逐渐开始反应。而随着温度上升，先分解生成的液体产物和可溶性有机物会二次裂解和缩合结焦，这时需要提高氢压并消耗更多补充氢来抑制其中的缩合结焦反应。因此要获得很高的煤炭转化率，就需要同时提高反应压力和温度，同时明显增加氢耗。例如一种现有工艺在铁系催化剂存在下，需要25MPa压力和440℃才能使煤炭转化率达到90m％左右，其氢耗＞8m％。本发明仅需要50m％～85m％的煤炭转化率，在4～15MPa压力和320～430℃温度即可实现，氢耗2m％～5m％。较佳的煤炭转化率为60m％～75m％，较佳的反应条件为7～12MPa压力和360～410℃温度，氢耗2.5m％～4m％。

实施例1：

采用一种经胶体磨处理的高分散铁系催化剂，含65.4m％的FeS₂、5.7m％的Fe₂O₃、11.3m％的FeSO₄、11.5m％的AL₂O₃和6.1m％的SiO₂，用量为1.8m％(对煤)，以＞400℃渣油为溶剂，对100目的褐煤进行临氢煤油共炼试验，氢气纯度为96v％，进料空速1.0h^-1，原料氢气与固液体积比300(Nm³/m³)。试验结果如表1所示。对应试验序号液化油的馏分组成如表2所示。

表1

表1所示的反应结果系对无水无灰煤而言，对液化油进行蒸馏分析，当馏出温度＞360℃时，液化油开始有分解水出现，而且反应温度低的液化油分解水略多一些，440℃反应的液化油，其分解水最少。表2的数据为扣除分解水后的馏分组成数据。

比较表1中1号与2号、3号与4号、5号与6号的数据可见，其它反应条件相同，氢压高时氢耗和煤炭转化率均较高，气、水、油产率也较高，证实了高氢压确实能有效抑制液化产物的二次反应和缩合结焦，明显提高产油率。

比较表1中1号与3号、2号与4号的数据可见，压力相同条件下，提高反应温度可明显增加煤炭转化率和产油率。

表1中7号是采用现有技术常用的反应条件在本发明中进行比较试验，可见现有技术的高温高压加氢反应确实可达到很高的煤炭转化率和较高的产油率，但其产油率/转化率之值明显低于1号～6号，显然是二次反应导致轻烃和其它气体产率较高所致，这从表2中7号液化油的馏分组成数据也可得到证明。

表2

序号	1	2	3	4	5	6	7
序号	1	2	3	4	5	6	7	＜160℃	2.3	2.0	12.3	11.0	7.3	6.8	20.2
160～320℃	6.8	6.6	22.6	21.5	13.7	13.4	29.1	＜160℃	2.3	2.0	12.3	11.0	7.3	6.8	20.2
160～320℃	6.8	6.6	22.6	21.5	13.7	13.4	29.1	320～480℃	54.4	55.2	38.9	41.6	45.2	47.1	26.6
＞480℃	36.5	36.2	26.2	25.9	33.8	32.7	24.1	320～480℃	54.4	55.2	38.9	41.6	45.2	47.1	26.6

从表2中液化油的馏分组成数据可见，反应温度相同而反应压力不同，液化油的馏分组成差别不大(1号与2号、3号与4号、5号与6号两两比较)；但反应压力相同而反应温度不同，则液化油的馏分组成大相庭径。如360℃反应温度所得1号与2号的液化油，其＜160℃馏分为2.0m％～2.3m％，160～320℃馏分为6.6m％～6.8m％，＞320℃馏分高达90m％以上；而400℃反应温度所得3号与4号的液化油，其＜160℃馏分为6.8m％～7.3m％，160～320℃馏分为21.5m％～22.6m％，＞320℃馏分为65.1m％～67.5m％。可见较低反应温度，由于二次反应程度较低，所得液化油中保留的大分子有机物相当多。

5号与6号是较佳的反应条件，其煤炭转化率70m％左右，产油率62m％～65m％之间，液化油中保留的大分子有机物接近80m％。

2、煤炭低压溶剂热溶催化

中国专利200410015698.0所述利用热溶催化从煤炭中制取液体燃料的工艺方法，主要使用350～390℃馏分的自身产物为溶剂，F-40液体催化剂，在煤炭着火点±30℃、4.0～6.0MPa压力下进行间歇釜式搅拌反应。反应产物再经过滤、焦化和蒸馏等工序才能获得液体产品和产品改质的自用氢气。

本发明对专利200410015698.0的改进在于，采用内置三相分离构件的三相逆流反应器代替配置搅拌器的反应釜，取消了过滤工序，简化了工艺流程并实现了连续化操作。此外，本发明还突破了原专利所用溶剂、助剂和催化剂的局限性，具有更大的兼容性和灵活性。

煤炭低压溶剂热溶催化过程对溶剂的适用性要求有两方面：一是化学结构相似的相溶性，二是在反应温度下能产生足够的游离氢以阻断结焦反应。专利200410015698.0使用自产350～390℃馏分产物为溶剂，有良好的结构相似相溶性，但由于是非临氢过程，这些自身产物大多是高度不饱和的芳香族物质，在反应温度下不但不能产生游离氢，反而自身有吸收游离氢以满足其饱和需要的倾向，并且存在分子间缩合结焦反应的倾向。F-40液体催化剂在一定程度上可阻止缩合结焦反应，但试验证明，在较高温度下这种阻化作用并不十分理想。

本发明进行煤炭低压溶剂热溶催化，可以使用氢气进行气体鼓泡搅拌，其催化热解在临氢状态下进行，自产的350～450℃馏分产物有一定饱和度，在反应温度下可释放部分游离氢，这部分游离氢加上搅拌用氢气中被催化剂激活的部分游离氢，以及煤炭本身结构变化过程中产生的转移氢，就能有效地阻断煤炭中分解生成的有机物的缩合结焦反应。此外，本发明还可使用重质石油等氢碳比较高的有机物作为溶剂，或将本发明自产350～450℃馏分产物进行预加氢处理作为供氢溶剂。研究证明，这种高氢碳比溶剂和供氢溶剂在煤液化过程中能产生氢转移，可有效抑制有机物的缩合结焦反应。本发明还可以采用自产的350～450℃馏分产物与重质石油混合为复合溶剂使用，两者比例依据重质石油中的芳烃含量确定，重质石油的芳烃含量高则其配比量就高。试验证明，采用复合溶剂比使用单一溶剂的效果要好些。

本发明使用改良的液体催化剂，这种催化剂为第4～6周期、IIIB～VIII族元素的油溶性化合物，一般为液态络合物，如二聚酸尿素络合镧、乙二胺四乙酸络合铁、戊二酸尿素络合钴、异辛酸尿素络合钼、异辛酸尿素络合钨等。这种催化剂在配方组成方面进行了优化改进，如每种络合物在催化剂的重量组成上有较大幅度的提高，二聚酸尿素络合镧为3m％～5m％、乙二胺四乙酸络合铁为3m％～8m％、戊二酸尿素络合钴为3m％～6m％、异辛酸尿素络合钼为1.5m％～4m％、异辛酸尿素络合钨为5.5m％～8m％，其余为半加氢蒽油与粗苯、柴油的混合物，其中半加氢蒽油与粗苯之重量比为0.5∶1～5.0∶1之间，柴油为液体总重量的0～40m％。上述物质所组成的催化剂，其用量一般为0.1m％～5.5m％(对煤)、最佳用量为0.45m％～2.55m％(对煤)，这种催化剂在较高温度下能更有效地阻断大分子有机物的缩合结焦反应。

煤炭溶剂热溶催化过程中，热解生成可溶性有机物从煤炭颗粒中进入溶剂中属于表面化学与传质扩散的复合过程，其表面阻力是该过程的主要阻力。为了尽量减小这种阻力，本发明使用了优选的表面活性剂作为助剂。

由于本发明在溶剂、催化剂和助剂方面进行了改进，液体产率较专利200410015698.0更高。

实施例2：

采用一种改进的液体催化剂，活性成分有二聚酸尿素络合镧3.5m％、乙二胺四乙酸络合铁6.8m％、戊二酸尿素络合钴5.6m％、异辛酸尿素络合钼1.8m％，以2m％的缩水山梨酸单油酸酯为助剂，以＞400℃渣油为溶剂。对100％筛分100目的褐煤进行低压溶剂热溶催化试验，搅拌氢气纯度为96v％，进料空速1.0h^-1，搅拌氢气与固液体积比100(Nm³/m³)。另用高压釜实施专利200410015698.0进行对比。试验结果如表3所示。

表3所示的反应结果系对无水无灰煤而言。本发明试验的压力由氢气压力自动控制，对照试验的压力先用氮气给高压釜充压，煤热解开始产气超压时自动排气恒压。由于对照试验是非临氢操作，为避免过度的二次反应，其反应温度比本专利试验低10℃，同时降低煤油比和增加反应压力以提高有机物在溶剂中的溶解量来弥补温度低所形成的负面影响。

由表3可见，本发明试验催化剂与助剂用量合计为3.5m％，低于对照试验单一催化剂用量的4.4m％。本发明的煤炭转化率、产油率和产油率与转化率之比均比对照试验高得多，其中转化率高18.1m％、产油率高18.6m％、产油率与转化率之比高0.131。这说明本发明对专利200410015698.0改进的效果十分明显。

表3

3、煤炭溶剂抽提

本发明适用于各种煤炭溶剂抽提过程，包括非临界抽提、亚临界抽提和超临界抽提过程。

以往的各种煤炭溶剂抽提研究，集中在溶剂筛选以及不同溶剂在不同条件下对各种萃取物成分抽提效率和抽提机理方面。有些研究涉及了氢化及催化增加抽提效率的措施。以往这些煤炭抽提技术，一般采用单一化合物或少数几种化合物作为溶剂，大多数萃取物为提纯的原煤结构单元化合物，化学结构上无明显变化，以致溶剂分离后，大多数萃取物仍然是固体物质，液化作用较弱。

本发明可根据原料和产品方案灵活选择非临界抽提、亚临界抽提和超临界抽提过程。本发明对现有各种煤炭溶剂抽提技术的改进在于，采用了强化抽提萃取过程传质效果的逆流三相反应器，利用抽余物制氢以对萃取物进行加氢改质，并利用本发明自产氢气和CO作为搅拌气和氢化气源来提高各种煤炭溶剂抽提过程的萃取效率，同时添加催化剂和助剂强化了物系的氢化反应氛围，抽提产品中的液体含量较高。

所述催化剂以第3～6周期、IA～IIB族元素的化合物为活性物质，如铝酸钾、铝酸钠、钒酸钾、钒酸钠、钼酸铵、钨酸铵、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硫酸镍、硫酸钴、硫酸铁、硫酸亚铁等，可以是其中一种物质或其中几种物质的组合。催化剂用量为0.2m％～2.5m％(对煤)。

所述助剂为表面活性剂，离子型或非离子型均可，用量为0.05m％～1.50m％(对溶剂)。

实施例3

采用一种含铝酸钾15.2m％、钒酸钾8.5m％、硫酸亚铁15.5m％、钼酸铵6.8m％、硝酸镍5.4m％，其余为35m％醋酸水溶液的液体催化剂，液体催化剂用量为2.5m％(对煤)，以工业二甲苯∶苯∶水＝60∶30∶10(重量比)为溶剂，添加0.25m％(对溶剂)的十二烷基磺酸钠为助剂，在本发明的装置上进行100％筛分100目褐煤的抽提试验，温度420℃、压力18MPa，氢气和CO体积比为1∶1的混合气体为搅拌气和氢化气，煤剂重量比＝1∶5，气体与固液体积比150(Nm³/m³)，空速1.0h^-1。另在高压釜上进行对比试验，溶剂及煤剂比相同，不添加催化剂和助剂，氮气充压18MPa，以50℃/h升温到420℃恒温恒压1h，搅拌速度100r/min。试验结果如表4所示。

表4

由表4中的数据可见，本发明试验的抽提转化率、萃取物产率(产油率与固体率之和)、产油率、产油率与转化率之比较对照试验分别高22.3m％、21.7m％、19.2m％、0.168，说明本发明强化传质、自产气催化加氢的综合优势十分明显。

Claims

1. 一种多用煤液化装置，包括如下内容：一个用煤炭制取液体产物的三相逆流反应器，和一个用残煤制取液体产物改质用氢气的两相逆流反应器，三相逆流反应器和两相逆流反应器组合在包括气、液、固相分离单元设备在内的工艺流程系统中，三相逆流反应器内置三相分离器构件，可进行高压加氢煤液化、煤炭低压溶剂热溶催化或煤炭溶剂抽提工艺过程操作。

2. 按照权利要求1所述的煤液化装置，其特征在于所述的包括气、液、固相分离单元设备在内的工艺流程系统包括：三相逆流反应器顶部排出的气相与两相逆流反应器顶部排出的气相经过冷凝器，冷凝后的气相进入气体分离系统，分离出H₂、CO和烃类；冷凝器中部排出的液态烃进入分馏系统，冷凝器底部排出的水做为两相逆流反应器的进料或外排；三相逆流反应器上部排出液相进入分馏系统，分离出各种液相产品；三相逆流反应器底部排出的残渣进入两相逆流反应器上部，两相逆流反应器下部进空气、CO、烃类和H₂O；两相逆流反应器底部排出灰渣。

3. 按照权利要求1或2所述的煤液化装置，其特征在于所述的三相逆流反应器内置三相分离器构件，反应器内部分为中部的三相逆流反应区、上部的三相分离区、底部的粉渣沉集区；其中反应区为圆筒形反应器的主体，占反应器整体空间的60％～85％，三相分离区占反应器整体空间的10％～30％，粉渣沉集区为锥形，占反应器整体空间的5％～10％。

4. 按照权利要求3所述的煤液化装置，其特征在于所述的三相逆流反应器反应区上部位于分离区下面之处设置一根煤浆进料管，进料管伸进中间弯口向下并配置莲蓬状分配器；粉渣沉集区锥形体中部设置进气管，进气管伸进中间弯口向上并配置莲蓬状分配器；粉渣沉集区底部锥形缩口为排渣口。

5. 按照权利要求3所述的煤液化装置，其特征在于所述的三相逆流反应器内设置的三相分离器构件由导流构件和挡流构件构成，其中导流构件为两头开口的上窄下宽或上宽下窄的锥筒或锥斗，分为上位导流构件和下位导流构件，上位导流构件为上窄下宽结构，下位导流构件为上宽下窄结构，下位导流构件的上端和上位导流构件的下端同轴相套；挡流构件为尖顶封闭的锥筒构形，采用浮动结构，设置在下位导流构件下方。

6. 一种高压加氢煤液化工艺，使用权利要求1～5任一煤液化装置。

7. 一种煤炭低压溶剂热溶催化工艺，使用权利要求1～5任一煤液化装置。

8. 一种煤炭溶剂抽提工艺，使用权利要求1～5任一煤液化装置。