CN103254922A

CN103254922A - 一种煤两段直接液化方法及系统

Info

Publication number: CN103254922A
Application number: CN2013101347236A
Authority: CN
Inventors: 侯雄坡; 邓建强; 刘芹
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xuzhou Zhonglun Photovoltaic Material Co.,Ltd.
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: CN103254922B

Abstract

本发明公开了一种煤两段直接液化方法及系统，属于煤炭化学加工领域。该方法首先进行反应条件温和、操作较简单的I段加氢热解反应，及时分离出气相物质，然后在较低的操作压力下进行II段加氢液化反应，再对其产物和上述热解气相产物中的冷凝重质组分进行加氢稳定和加氢改质处理，最终得到气体产品、轻质油产品和重质油产品。同时从热解产物中分离出高附加值的有机原料副产品，为化工有机原料生产提供了一种新的途径，也提高了煤的综合利用价值。本发明对热解气、液化渣油等就地进行了完全回用，增加了煤的利用率，并降低了污染。

Description

一种煤两段直接液化方法及系统

技术领域

本发明属于煤炭化学加工领域，具体涉及一种煤两段直接液化方法及系统。

背景技术

我国是煤炭生产大国，同时也是燃料油的消费大国，原油的对外依存度很高，发展煤液化技术具有重要的战略意义。西方国家在1970年代石油危机后开始重视并持续发展煤直接液化技术，目前比较有影响的方法有德国IGOR方法、美国HTI方法、日本NEROL方法、俄罗斯FFI方法，我国神华集团也于近年自主开发了煤直接液化技术。但这些煤液化方法都需要使用5～10MPa的高压氢气，反应体系的压力也要达到17MPa。上述条件决定了反应器为高压设备，设备投资、运行和维护的费用都很高。

专利CN1962819A公开了一种常压下煤加氢直接液化的方法，该方法对煤液化产物进行溶剂抽提，在甲苯不溶四氢呋喃可溶物中添加一种或几种金属，炭化后，再加入金属化合物，在氢气中球磨制得氢源材料，再在煤中加入前述氢源材料和煤液化产物中的正己烷不溶甲苯可溶物一起反应。

专利CN101845315A公开了一种低压原位供氢煤直接液化的方法，该方法将煤、煤液化溶剂、醇类供氢溶剂、制氢催化剂、加氢催化剂按一定质量比混合均匀，得到浆状混合物，然后将所得到的浆状混合物导入到反应器内，在氮气氛围下，制得煤液化粗油。

上述两种方法虽然实现了较低操作压力下的液化反应，但是存在着所用氢源材料制备过程复杂、能耗大，使用的液化溶剂难以再生，使用的催化剂价格昂贵等问题，同时，在上述方法中，煤炭全组分参与液化过程，使得分馏产物的比例难以调控，气体产物较多；而一些宝贵的中间产物也最终参与加氢反应，全部转变为燃料油，反而降低了产品的总价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤两段直接液化方法及系统，以解决煤的低成本低压直接液化及反应产物综合利用的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种煤两段直接液化的方法，包括以下步骤：

1）将原料煤和催化剂混合后粉碎制成煤粉，将煤粉与氢气混合后，喷入热解反应器中进行I段催化加氢热解反应，得到气相产物和胶状产物；

2）将气相产物输送至油气分离装置中进行分离，得到馏程为25～250℃的有机原料副产品，将馏程在250℃以上的冷凝重质组分输送至加氢稳定反应器，将常温不凝气体输送至制氢装置，制备得到能够循环使用的氢气；

将胶状产物与由管路输送的循环供氢溶剂一并输送至高温搅拌釜混合，制备得到液化反应浆料；

3）将所得液化反应浆料增压后，通入过量预压后的氢气，输送至液化反应器中进行II段加氢液化反应，得到气体产品、渣油和液体产品，将渣油送入制氢装置，制备得到能够循环使用的氢气；将液体产品与步骤2）得到的冷凝重质组分一并输送至加氢稳定反应器进行催化加氢，得到加氢稳定液化产物；

4）将加氢稳定液化产物通入高温分离器，分离得到不凝气、中间油品及循环供氢溶剂；将不凝气和步骤3）得到的气体产品一并输送至制氢装置，制备得到能够循环使用的氢气；将中间油品加氢改质后，得到的改质产品油通入蒸馏塔分离得到气体产品、轻质油产品和重质油产品。

步骤1）所述的I段加氢热解反应温度为450～600℃，反应压力为0.1～0.5MPa。

步骤3）所述的II段加氢液化反应温度为400～450℃，反应压力为7～12MPa。

所述催化剂为Fe₂O₃，所述Fe₂O₃的用量为原料煤质量的0.1～3%。

所述的在制氢装置中的制氢过程包括气化、CO/H₂转换以及氢气提纯，其中，将步骤2）产生的常温不凝气、步骤3）产生的气体产品和步骤4）产生的不凝气直接进行CO/H₂转换；将步骤3）所述渣油先送气化炉进行气化反应，所得气化产物再经过CO/H₂转换和氢气提纯。

步骤2）所述的由管路输送的循环供氢溶剂为经高温分离器分离得到的重质油品。

一种煤两段直接液化系统，包括煤粉制备罐、热解反应器、油气分离装置、高温搅拌釜、液化反应器、制氢装置、热解气总管和氢气总管，所述煤粉制备罐通过管路与热解反应器的进料口相连通，热解反应器顶部排气口通过管路与油气分离装置的入口相连通，热解反应器底部排料口通过管路与高温搅拌釜的入口相连通，高温搅拌釜的出口通过管路与换热器高温侧进口相连；所述油气分离装置的排气口与热解气总管相连通，热解气总管与制氢装置相连通；

所述换热器的输出端分为两路，一路由换热器的高温侧出口通过管路依次与冷却器和加压泵相连通，所述加压泵的出口端通过管路返回至换热器的低温侧进口；另一路由换热器的低温侧出口通过管路依次与液化反应器、加氢稳定反应器、高温分离器、加氢改质反应器和蒸馏塔相连通；所述加氢稳定反应器的入口端通过管路与油气分离装置下部的重质油出口相连通；

所述液化反应器和高温分离器的顶部排气口均通过管路输送至热解气总管，所述液化反应器底部排渣口通过管路与制氢装置入口连接；所述高温分离器底部循环供氢溶剂出口通过管路与高温搅拌釜入口相连通；

所述制氢装置氢气排出口与氢气压缩机相连通，所述氢气压缩机的出口与氢气总管相连通，氢气总管与热解反应器的进口相连通，同时还通过管路分别连通至换热器低温侧进口、加氢稳定反应器的进口以及加氢改质反应器的进口。

所述的热解反应器采用反应分离一体化的列管式管排反应炉，管外通过高温烟气加热，管内为反应物料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的煤两段直接液化方法，首先进行反应条件温和、操作较简单的I段加氢热解反应，对反应产物及时进行分离，从热解反应分离出气相物质，降低了后续II段加氢液化反应所需的操作压力，同时从热解产物中分离出高附加值的有机原料副产品，为化工有机原料生产提供了一种新的途径。热解反应分离出的胶状物质与循环供氢溶剂混合得到的浆料进行II段加氢液化反应，对产物和I段热解气相产物中的冷凝重质组分进行加氢稳定和加氢改质处理后分离得到经两段液化后的产品。本发明对热解气、液化渣油等就地进行了完全回用，增加了煤的利用率，并降低了污染，总体转化率和油产率均得到了提升。

附图说明

图1为本发明的煤两段直接加氢液化方法及系统的结构示意图。

其中，11为煤粉制备罐；12为热解反应器；13为油气分离装置；14为高温搅拌釜；15为液化反应器；16为加氢稳定反应器；17为高温分离器；18为加氢改质反应器；19为蒸馏塔；20为制氢装置；21为换热器；22为冷却器；23为加压泵；24为氢气压缩机；25为热解气总管；26为氢气总管。

具体实施方式

本发明首先提供一种煤两段直接液化方法，包括以下步骤：

1）将原料煤和催化剂混合后粉碎制成煤粉，将煤粉与氢气喷入热解反应器中进行I段加氢快速热解反应，得到气相产物和胶状产物；

2）将气相产物输送至油气分离装置中进行分离，得到馏程在25～250℃的有机原料副产品，将馏程在250℃以上的冷凝重质组分输送至加氢稳定反应器；将常温不凝气体作为制氢原料送制氢装置；

将胶状产物与由管路输送的循环供氢溶剂，一并输送至高温搅拌釜搅拌混合，制备得到液化反应原料；

3）将所得液化反应原料通入加压泵增压，通入过量氢气后，输送至液化反应器中进行II段加氢液化反应，得到气体产品、渣油和液体产品，将渣油送入制氢装置，制备得到能够循环使用的氢气；将液体产品与步骤2）得到的冷凝重质组分一并输送至加氢稳定反应器进行催化加氢，得到加氢稳定反应产物；

4）将加氢稳定反应产物通入高温分离器，分离得到不凝气、中间油品及循环供氢溶剂；将不凝气和步骤3）得到的气体产品一并输送至制氢装置，制备得到能够循环使用的氢气；将中间油品输送至加氢改质反应器进行加氢改质，得到的改质产品油通入蒸馏塔分离得到气体产品、轻质油产品和重质油产品。

上述所述催化剂为Fe₂O₃，其中，Fe₂O₃的用量为原料煤质量的0.1～3%。上述制氢过程分为气化、CO/H₂转换以及氢气提纯三个流程，将步骤2）产生的常温不凝气、步骤3）产生的气体产品和步骤4）产生的不凝气直接送CO/H₂转换流程，不需经过气化；将步骤3）产生的渣油先送气化炉进行气化反应，所得气化产物再经过CO/H₂转换和氢气提纯。上述循环供氢溶剂为经高温分离器分离得到的重质油品。

根据以上的设计，本发明还提出一种用于实现上述方法的煤两段直接液化系统，下面结合具体的附图，对本发明进行做进一步的详细说明：

参见图1，本发明的煤两段直接液化系统，包括煤粉制备罐11、热解反应器12、油气分离装置13、液化反应器15、制氢装置20、热解气总管25和氢气总管26，所述煤粉制备罐11通过管路与热解反应器12的进料口相连通，热解反应器12顶部排气口通过管路与油气分离装置13的入口相连通，热解反应器12底部排料口通过管路与高温搅拌釜14的入口相连通，高温搅拌釜14的出口通过管路与换热器21高温侧进口相连；所述油气分离装置13的排气口与热解气总管25相连通，热解气总管25输通至制氢装置20；

所述换热器21的输出端分为两路，一路由换热器21的高温侧出口通过管路依次与冷却器22和加压泵23相连通，所述加压泵23的出口端通过管路返回至换热器21的低温侧进口；另一路由换热器21的低温侧出口通过管路依次与液化反应器15、加氢稳定反应器16、高温分离器17、加氢改质反应器18和蒸馏塔19相连通；所述加氢稳定反应器16的入口端通过管路与油气分离装置13下部的重质油出口相连通；

所述液化反应器15和高温分离器17的顶部排气口均通过管路输送至热解气总管25，所述液化反应器15底部排渣口通过管路与制氢装置20入口连接；所述高温分离器17底部循环供氢溶剂出口通过管路与高温搅拌釜14入口相连通；

所述制氢装置20氢气排出口与氢气压缩机24相连通，所述氢气压缩机24的出口与氢气总管26相连通，氢气总管26与热解反应器12的进口相连通，同时还通过管路分别连通至换热器21低温侧进口、加氢稳定反应器16的进口以及加氢改质反应器18的进口。

以下对上述本发明的煤两段直接液化系统的工作过程进行详细介绍：

将原料煤和Fe₂O₃在煤粉制备罐11中混合粉碎制成煤粉，通过管路与氢气总管26输送的氢气混合后，从热解反应器12上部吹入，通过高温烟气加热，进行I段加氢热解反应，热解反应器12内部温度在450～600℃，压力为0.1～0.5MPa，得到气相产物和胶状产物；从热解反应器12顶部排出的气相产物输送至油气分离装置13中进行分离，分离出馏程在常温～250℃的组分作为本方法的副产品，沸点在250℃以上的冷凝重质组分输送至加氢稳定反应器16，其余常温不凝气通过热解气总管25输送至制氢装置20；从热解反应器12底部排出的胶状产物与由管路输送的循环供氢溶剂输送至高温搅拌釜14内，通过搅拌桨的作用，混合制成可泵送的液化反应浆料；

将所得液化反应浆料通过管路送入换热器21的高温侧，再通过管路送入冷却器22进行冷却降温，然后通过管路送入加压泵23加压，再与管路送来的预压后的氢气进行混合后输送至换热器21的低温侧，预热后输送至液化反应器15进行II段加氢液化反应，液化反应器15内反应温度为400～450°C，操作压力为7～12MPa，得到渣油和液体产品，将液化反应器15底部排出的渣油通过管路输送入制氢装置20，制备得到能够循环使用的氢气；将液化反应器15上部排出的液体产品与步骤2）所得到的冷凝重质组分、管路送来的氢气一并输送至加氢稳定反应器16进行催化加氢，得到加氢稳定反应产物；将加氢稳定反应产物通入高温分离器17，将高温分离器17顶部排出的不凝气通过管路输送至热解气总管25，高温分离器17底部分离出部分重质油作为循环供氢溶剂，通过管路送至高温搅拌釜14中，将中间油品输送至加氢改质反应器18进行加氢改质，得到的改质产品油通入蒸馏塔19，蒸馏塔19顶部排出气体产品，上部分馏出轻质油产品，底部分馏出重质油产品。

在结合以上所述的煤两段直接液化方法及系统，本发明以褐煤为原料，进行了液化方法实验，所述褐煤的工业分析和元素分析如表1所示：

表1.褐煤分析数据

实验1：

首先进行I段加氢热解反应，选取反应温度在450～600℃之间，反应压力在0.1～0.5MPa之间，得到的I段加氢热解产物的比例如下：

胶状产物：37.8%～75.5%；

气相产物：24.5%～62.2%，其中，常温不凝气体为15.6%～32.4%，有机原料副产品为2.4%～18.3%，冷凝重质组分为3.2%～15.5%。

然后对上述胶状产物进行II段加氢液化反应，选取液化反应温度400～450℃，操作压力7～12MPa，液化反应后，再对其产物和上述热解气相产物中的冷凝重质组分进行加氢稳定和加氢改质处理，转化率及产物情况如下：总的转化率为77.9%～91.9%，其中油收率为45.2%～58.7%，气收率为17.2%～33.8%。

实验2

以褐煤为原料，首先进行I段加氢热解反应，选取加氢热解温度为500℃，得到热解产物如下，胶状产物：63.7%；气相产物：36.3%，其中，常温不凝气体为18.4%，有机原料副产品为12.2%，重质组分5.7%。

然后对上述胶状产物进行II段加氢液化反应，选取液化温度420℃，操作压力10MPa，液化反应后，再对其产物和上述热解气相产物中的冷凝重质组分进行加氢稳定和加氢改质处理。转化率及产物情况如下：总的转化率为90.3%，其中油收率为49.5%，气收率为25.6%。

综上所述，应用此方法的煤两段直接液化方法具有反应条件较温和、总体转化率和油产率较高的优点，同时可以得到部分有机原料副产品，煤的综合利用价值高。

Claims

1.一种煤两段直接液化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种煤两段直接液化的方法，其特征在于，步骤1）所述的I段加氢热解反应温度为450～600℃，反应压力为0.1～0.5MPa。

3.根据权利要求1所述的一种煤两段直接液化的方法，其特征在于，步骤3）所述的II段加氢液化反应温度为400～450℃，反应压力为7～12MPa。

4.根据权利要求1所述的一种煤两段直接液化的方法，其特征在于，所述催化剂为Fe₂O₃，所述Fe₂O₃的用量为原料煤质量的0.1～3%。

5.根据权利要求1所述的一种煤两段直接液化的方法，其特征在于，所述的在制氢装置中的制氢过程包括气化、CO/H₂转换以及氢气提纯，其中，将步骤2）产生的常温不凝气、步骤3）产生的气体产品和步骤4）产生的不凝气直接进行CO/H₂转换；将步骤3）所述渣油先送气化炉进行气化反应，所得气化产物再经过CO/H₂转换和氢气提纯。

6.根据权利要求1所述的一种煤两段直接液化的方法，其特征在于，步骤2）所述的由管路输送的循环供氢溶剂为经高温分离器分离得到的重质油品。

7.一种煤两段直接液化系统，其特征在于：包括煤粉制备罐（11）、热解反应器（12）、油气分离装置（13）、高温搅拌釜（14）、液化反应器（15）、制氢装置（20）、热解气总管（25）和氢气总管（26），所述煤粉制备罐（11）通过管路与热解反应器（12）的进料口相连通，热解反应器（12）顶部排气口通过管路与油气分离装置（13）的入口相连通，热解反应器（12）底部排料口通过管路与高温搅拌釜（14）的入口相连通，高温搅拌釜（14）的出口通过管路与换热器（21）高温侧进口相连；所述油气分离装置（13）的排气口与热解气总管（25）相连通，热解气总管（25）与制氢装置（20）相连通；

所述换热器（21）的输出端分为两路，一路由换热器（21）的高温侧出口通过管路依次与冷却器（22）和加压泵（23）相连通，所述加压泵（23）的出口端通过管路返回至换热器（21）的低温侧进口；另一路由换热器（21）的低温侧出口通过管路依次与液化反应器（15）、加氢稳定反应器（16）、高温分离器（17）、加氢改质反应器（18）和蒸馏塔（19）相连通；所述加氢稳定反应器（16）的入口端通过管路与油气分离装置（13）下部的重质油出口相连通；

所述液化反应器（15）和高温分离器（17）的顶部排气口均通过管路输送至热解气总管（25），所述液化反应器（15）底部排渣口通过管路与制氢装置（20）入口连接；所述高温分离器（17）底部循环供氢溶剂出口通过管路与高温搅拌釜（14）入口相连通；

所述制氢装置（20）氢气排出口与氢气压缩机（24）相连通，所述氢气压缩机（24）的出口与氢气总管（26）相连通，氢气总管（26）与热解反应器（12）的进口相连通，同时还通过管路分别连通至换热器（21）低温侧进口、加氢稳定反应器（16）的进口以及加氢改质反应器（18）的进口。

8.根据权利要求7所述的煤两段直接液化系统，其特征在于：所述的热解反应器（12）采用反应分离一体化的列管式管排反应炉，管外通过高温烟气加热，管内为反应物料。