CN210176791U - 一种煤与生物质的多级液化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤与生物质的多级液化系统，包括：液相进料单元、气相进料单元、微界面发生器、至少两个反应器和分离罐。本实用新型通过破碎气体使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与生物质煤油浆混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果，在降低了能耗的同时，提高了系统的反应效率；同时，本实用新型通过大幅度强化传质，因此可大幅减小气液比，在减少气体物耗的同时，降低了后续气体循环压缩的能耗；且本实用新型所述方法工艺苛刻度低，生产安全性高，吨产品成本低，市场竞争力强。

Description

一种煤与生物质的多级液化系统

技术领域

本实用新型涉及煤的液化技术领域，尤其涉及一种煤与生物质的多级液化系统。

背景技术

目前，我国以煤炭为主要能源，传统的煤炭利用方式为燃烧，但是煤炭燃烧所导致的大气污染问题已经日益严重；并且，我国的煤炭品质逐年下降使得原煤入洗比例连年提高，洗煤废水带来了严重的水污染。严峻的环境问题已使能源结构调整成为我国能源发展的重要任务之一。然而，我国自身的能源资源储存情况为贫油富煤，每年已经需要依赖大量的石油进口才能满足生产发展需求，若通过减少对煤炭资源的利用来调整我国的能源结构，不仅空置了储量丰富的能源资源，还会大大增加石油的进口量，这必将严重影响我国的能源安全。

更适合我国国情的能源结构调整方式是实现煤炭资源的清洁高效利用。煤油共炼技术是近期发展起来的一种煤与重油共同加工的技术，其克服了煤直接液化的苛刻条件，并且还能同时利用重油，已经成为了煤清洁利用的研究热点。例如，中国专利文献CN102191072就公开了一种煤油共炼的煤液化技术，该技术首先将煤颗粒与油配制成悬浮液，使所述悬浮液先后通过两个串联的加有催化剂和氢气的沸腾床从而发生液化反应，再将所得到的较轻组分送入反应器进一步进行加氢反应，最终得到石脑油、煤油和/或柴油，以及重质组分。所述两个沸腾床内的反应条件依次为325～420℃、16～20MPa，以及350～450℃、16～20MPa，并且第二个沸腾床的温度始终高于第一个沸腾床10℃以上；所述反应器的反应条件为250～480℃、2～25MPa。

然而，该技术与现有技术中绝大多数煤油混炼工艺共同存在两个问题：液化效率低和耗氢量大。

煤的加氢裂化机理如下：

第一阶段，煤裂解生成前沥青烯、沥青烯，并伴随生成一些气体、液化油及大分子缩聚物。

第二阶段，在富氢条件下，一部分前沥青烯加氢生成液化油，也有部分大分子缩聚物再次加氢裂解生成低分子质量的液化油。

由于在反应过程中氢气无法与前沥青烯充分混合，前沥青烯无法全部转化成液化油，从而导致煤液化的效率降低。

因此，需要在反应过程中加入大量的氢气，以使氢气与前沥青烯充分混合，所以煤油共炼技术往往耗氢量很高，且由于消耗了大量氢气，所以现有技术中的煤油共炼技术运行成本高。

发明内容

为此，本实用新型提供一种煤与生物质的多级液化系统，用以克服现有技术中氢气与反应物混合不充分导致的系统运行成本高的问题。

本实用新型提供一种煤与生物质的多级液化系统，包括：

液相进料单元，用以存储和输送生物质煤油浆；

气相进料单元，用以存储和输送氢气；

微界面发生器，其分别与所述液相进料单元和气相进料单元相连,将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给氢气气泡，使氢气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡；

至少两个反应器，各反应器分别与对应的微界面发生器相连，用以装载气液乳化物，为气液乳化物中的生物质煤油浆和微米级气泡提供反应空间并使二者进行多级反应；

分离罐，其与所述反应器相连，用以对二级加氢产物进行分离以形成生物油。

进一步地，所述微界面发生器为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器和气液联动式微界面发生器中的一种或多种。

进一步地，所述液相进料单元包括：

液体原料罐，用以存储生物质煤油浆；

进料泵，其与所述液体原料罐相连，用以为生物质煤油浆的输送提供动力；

液体进料预热器，其与所述进料泵相连，用以对所述进料泵输送的生物质煤油浆进行预热以使生物质煤油浆达到指定温度。

进一步地，所述液体进料预热器出口处设有分流管道，用以将生物质煤油浆分别输送至对应的微界面发生器。

进一步地，所述气相进料单元包括：

气体原料缓冲罐，用以储存氢气；

压缩机，其与所述气体原料缓冲罐相连，用以为氢气的输送提供动力；

气体进料预热器，其与所述压缩机相连，用以对所述压缩机输送的氢气进行预热以使氢气达到指定温度。

进一步地，所述气体进料预热器出口处设有分流管道，用以将氢气分别输送至对应的微界面发生器。

进一步地，所述反应器包括：

一级反应器，用以为气液乳化物中生物质煤油浆和微米级气泡提供反应空间，使二者进行一级反应并生成一级加氢产物；

二级反应器，其与所述一级反应器串联，且二级反应器下端进口与所述一级反应器上端相连，用以通过所述微界面发生器将一级加氢产物与微米级气泡混合形成一级气液乳化物以在二级反应器内进行二级反应，生成二级加氢产物；

进一步地，所述微界面发生器包括：

至少一个一级微界面发生器，其设置在所述一级反应器底部，用以形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述一级反应器内；

至少一个二级微界面发生器，其设置在所述二级反应器底部，用以形成一级气液乳化物并将一级气液乳化物输出至所述二级反应器内。

进一步地，所述分离罐侧壁设有废料出口，用以输送二级加氢产物中的废料，分离罐底端设有物料出口，用以输送生物油。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型通过破碎气体使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与生物质煤油浆混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并达到在较低预设范围内强化传质的效果，能够使反应过程中的压力降低10-80%，在降低了能耗的同时，提高了系统的反应效率。此外，可以根据不同原料组成或不同的产品要求而对预设操作条件的范围进行灵活调整，进一步确保了反应的充分有效进行，进而保证了反应速率，达到了强化反应的目的。

进一步地，本实用新型通过大幅度强化传质，因此可大幅减小气液比，在减少气体物耗的同时，降低了后续气体循环压缩的能耗；且本实用新型所述方法工艺苛刻度低，生产安全性高，吨产品成本低，市场竞争力强。

尤其，微米级气泡在与催化剂颗粒的运动碰撞中，不会发生气泡的聚并，使微米级气泡可以保持原有形态。因此反应器内气相与液相的接触面积呈几何倍数的增加，并使得乳化混合更加充分和稳定，从而达到强化传质和宏观反应的效果。

进一步地，所述液相进料单元和气相进料单元中分别设有进料泵和压缩机，这样，在所述系统运行时，进料泵和压缩机能够分别为生物质煤油浆和氢气的运输提供动力，使生物质煤油浆和氢气能够以指定的速率输送至指定装置，提高了所述系统的运行效率。

尤其，所述液相进料单元和气相进料单元中还分别设有液体进料预热器和气体进料预热器，在输送生物质煤油浆和氢气时，所述液体进料预热器和气体进料预热器能够分别对生物质煤油浆和氢气进行预热，使所述反应器在运行时就无需再对生物质煤油浆和氢气进行高功率加热，节约了所述固定床的资源消耗，降低了所述系统的能耗。

进一步地，所述系统设有至少一个微界面发生器，使所述系统能够通过使用多个微界面发生器，使生物质煤油浆和氢气以不同的比例充分混合，在与催化剂进行反应时能够显著提高气液乳化物中各物质的反应效率。

尤其，本实用新型所述方法中还对反应器中的温度和压强进行了限制，在保证反应器中气液乳化物能够高效反应的同时，将系统的能耗控制在最低，能够进一步降低所述系统的能耗。

附图说明

图1为本实用新型所述煤与生物质的多级液化系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本实用新型实施例所述煤与生物质的多级液化系统的结构示意图，包括液体进料单元1、气体进料单元2、微界面发生器3（Micro InterfacialGenerator，简称MIG）、反应器4和分离罐5；其中，所述微界面发生器3分别与所述液体进料单元1和气体进料单元2相连，用以接收所述液体进料单元1输送的生物质煤油浆以及气体进料单元2输送的氢气；所述反应器4与所述微界面发生器3相连且微界面发生器3的输出端设置于反应器4内部，用以将微界面发生器3中的气液乳化物输出至反应器；所述分离罐5与所述反应器4相连，用以接收反应器4输出的二级加氢产物并对二级加氢产物进行分离。

当所述系统运行时，所述液体进料单元1启动，并将其内部储存的生物质煤油浆输送至所述微界面发生器3，同时所述气体进料单元2启动，并将其内部储存的氢气输送至所述微界面发生器3，微界面发生器3会对氢气进行打碎，使氢气破碎至微米尺度，形成直径大于等于1μm、小于1mm的微米级气泡，在破碎完成后，微界面发生器3将微米级气泡与生物质煤油浆混合形成气液乳化物，微界面发生器3在气液乳化物混合完成后将气液乳化物输出至反应器4，通过控制反应器4内的温度、气压以及气液乳化物的空速以使气液乳化物在反应器内进行一级反应，生成一级加氢产物，此时微界面发生器3将氢气打碎并与一级加氢产物混合形成一级气液乳化物，并进行二级反应，生成二级加氢产物，反应完成后反应器4将生成的二级加氢产物输出至分离罐5，分离罐5将二级加氢产物中的生物油与废料进行分离。本领域的技术人员可以理解的是，本实用新型所述系统还可用于其他多相反应中，如通过微界面、微纳界面、超微界面、微泡生化反应器或微泡生物反应器等设备，使用微混合、微流化、超微流化、微泡发酵、微泡鼓泡、微泡传质、微泡传递、微泡反应、微泡吸收、微泡增氧、微泡接触等工艺或方法，以使物料形成多相微混流、多相微纳流、多相乳化流、多相微结构流、气液固微混流、气液固微纳流、气液固乳化流、气液固微结构流、微米级气泡、微米级气泡流、微泡沫、微泡沫流、微气液流、气液微纳乳化流、超微流、微分散流、两项微混流、微湍流、微泡流、微鼓泡、微鼓泡流、微纳鼓泡以及微纳鼓泡流等由微米尺度颗粒形成的多相流体、或由微纳尺度颗粒形成的多相流体（简称微界面流体），从而有效地增大了反应过程中所述气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积。

请继续参阅图1所示，本实用新型实施例所述液体进料单元1包括：液体原料罐11、进料泵12和液体进料预热器13；其中，所述进料泵12与所述液体原料罐11相连，用以将液体原料罐11内的生物质煤油浆抽出；所述液体进料预热器13设置在所述进料泵12的输出端且液体进料预热器13与所述微界面发生器3相连，用以对进料泵12输出的生物质煤油浆进行预热，并在预热后将生物质煤油浆输送至微界面发生器3。当所述液体进料单元1运行时，所述进料泵12会抽取所述液体原料罐11中储存的生物质煤油浆并将其输送至所述液体进料预热器13，液体进料预热器13对生物质煤油浆预热至指定温度后，将生物质煤油浆输送至所述微界面发生器3。

具体而言，所述液体原料罐11为一罐体，用以储存生物质煤油浆，液体原料罐11与所述进料泵12相连，用以在系统运行时，通过进料泵12将生物质煤油浆输送至指定位置。可以理解的是，所述液体原料罐11可以为金属油罐，也可以为非金属油罐，只要满足所述液体原料罐11能够装载指定量的生物质煤油浆即可。

具体而言，所述进料泵12为一离心泵，其设置在所述液体原料罐11的出口处，用以为生物质煤油浆的输送提供动力。当所述液体进料单元1运作时，所述进料泵12开始运行，将所述液体原料罐1中的生物质煤油浆抽出并输送至所述液体进料预热单元13。可以理解的是，所述进料泵12的型号及功率本实施例均不作具体限制，只要满足所述进料泵12能够以指定流速输送生物质煤油浆即可。

具体而言，所述液体进料预热器13为一预热器，用以对生物质煤油浆进行预热，液体进料预热器13出口处设有分流管，用以将预热后的生物质煤油浆分别输送至各所述微界面发生器内部。当所述进料泵12输送生物质煤油浆时，生物质煤油浆会流经液体进料预热器13，液体进料预热器13会对生物质煤油浆进行预热并在生物质煤油浆达到指定温度后进行分流，将生物质煤油浆分别输送至各微界面发生器的内部。可以理解的是，所述液体进料预热器13的预热器种类及加热方式本实施例均不作具体限制，只要满足所述液体进料预热器13能够将生物质煤油浆预热至指定温度即可。

请继续参阅图1所示，本实用新型实施例所述气体进料单元2包括：气体原料缓冲罐21、压缩机22和气体进料预热器23；其中，所述压缩机22与所述气体原料缓冲罐21相连，用以将气体原料缓冲罐21内的氢气抽出；所述气体进料预热器23设置在所述压缩机22的输出端且气体进料预热器23与所述微界面发生器3相连，用以对压缩机22输出的氢气进行预热，并在预热后将氢气输送至微界面发生器3。当所述气体进料单元2运行时，所述压缩机22会抽取所述气体原料缓冲罐21中储存的氢气并将其输送至所述气体进料预热器23，气体进料预热器23对氢气预热至指定温度后，将氢气输送至所述微界面发生器3。

具体而言，所述气体原料缓冲罐21为一罐体，用以储存氢气，气体原料缓冲罐21与所述压缩机22相连，用以在系统运行时，通过压缩机22将氢气输送至指定位置。可以理解的是，所述气体原料缓冲罐21的种类本实施例不作具体限制，只要满足所述气体原料缓冲罐21能够装载指定量的氢气即可。

具体而言，所述压缩机22设置在所述气体原料缓冲罐21的出口处，用以为氢气的输送提供动力。当所述气体进料单元2运作时，所述压缩机22开始运行，将所述气体原料罐2中的氢气抽出并输送至所述气体进料预热单元23。可以理解的是，所述压缩机22的功率本实施例不作具体限制，只要满足所述压缩机22能够以指定流速输送氢气即可。

具体而言，所述气体进料预热器23为一预热器，用以对氢气进行预热，气体进料预热器23出口处设有分流管，用以将预热后的氢气分别输送至各所述微界面发生器内部。当所述压缩机22输送氢气时，氢气会流经气体进料预热器23，气体进料预热器23会对氢气进行预热并在氢气达到指定温度后进行分流，将氢气分别输送至各所述微界面发生器的内部。可以理解的是，所述气体进料预热器23的预热器种类及加热方式本实施例均不作具体限制，只要满足所述气体进料预热器23能够将氢气预热至指定温度即可。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述微界面发生器3包括一级微界面发生器31和二级微界面发生器32，所述一级微界面发生器31和二级微界面发生器32分别竖直设置在指定的反应器4底部，且一级微界面发生器31和二级微界面发生器32互相平行，各微界面发生器3输出口设置在各所述反应器4内部，用以将气液乳化物输出至反应器4。当所述微界面发生器3运作时，所述一级微界面发生器31会接收指定量的生物质煤油浆和氢气，接收完成后一级微界面发生器31会打碎接收的氢气并使氢气破碎至微米尺度以形成微米级气泡，破碎完成后将微米级气泡与生物质煤油浆混合形成气液乳化物，混合完成后将气液乳化物输出至所述反应器4进行一级反应，所述二级微界面发生器32会接收反应器4中反应后生成的一级气液乳化物和液体进料预热器13预热完成氢气，接收完成后二级微界面发生器32会打碎接收的氢气并使氢气破碎至微米尺度以形成微米级气泡，破碎完成后将微米级气泡与一级加氢产物混合形成一级气液乳化物，混合完成后将一级气液乳化物输出至所述反应器4进行二级反应。可以理解的是，所述微界面发生器3与所述反应器4的连接方式可以为管道连接，将微界面发生器3的输出端设置在反应器4内部或其他种类的连接方式，只要满足所述微界面发生器3能够将气液乳化物输出至反应器内部4即可。

具体而言，所述一级微界面发生器31为气液联动式微界面发生器，其设置在所一级述反应器41底部并分别与所述液体进料预热器13和气体进料预热器23相连，用以破碎氢气并将微米级气泡与生物质煤油浆混合形成的气液乳化物输出至所述反应器4内部以进行一级反应。当微界面发生器3运行时，所述一级微界面发生器31会分别接收指定量的生物质煤油浆和氢气，并使用气体的压力能和液体的动能将氢气气泡破碎至微米尺度，破碎完成后使微米级气泡与生物质煤油浆剧烈混合形成气液乳化物，并在混合完成后将气液乳化物输出至所述反应器4。

具体而言，所述二级微界面发生器32为一气动式微界面发生器，其设置在所述二级反应器4底部并分别与所述一级反应器41和气体进料预热器23相连，用以破碎氢气并将微米级气泡与一级加氢产物混合形成的一级气液乳化物输出至所述二级反应器42内部。当微界面发生器3运行时，所述二级微界面发生器31会分别接收指定量的一级加氢产物和氢气，并使用气体的压力能将氢气气泡破碎至微米尺度，破碎完成后使微米级气泡与一级加氢产物剧烈混合形成一级气液乳化物，并在混合完成后将一级气液乳化物输出至所述二级反应器42。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述反应器4包括一级反应器41和二级反应器42，其中一级反应器41与所述一级微界面发生器31相连，用以装载气液乳化物并使其进行一级反应生成一级加氢产物，所述二级反应器42与所述二级微界面发生器32相连，且二级微界面发生器分别与所述一级反应器41和气体进料预热器23相连，用以装载以及气液乳化物并使其发生二级反应生成二级加氢产物。当所述反应器4运行时，所述一级微界面发生器31将气液乳化物输出至一级反应器41内部，气液乳化物在一级反应器41内发生一级反应生成一级加氢产物，反应完成后，一级反应器41将一级加氢产物输送至二级微界面发生器32，二级微界面发生器将一级加氢产物和氢气混合形成一级气液乳化物并将一级气液乳化物输送至二级反应器进行二级反应生成二级加氢产物。可以理解的是，所述反应器4中各级反应器的尺寸和材质本实施例均不作具体限制，只要满足所述各级反应器能够装载指定量的气液乳化物并具有指定强度以承受预设的反应温度和反应压力即可。

请继续参阅图1所示，本实用新型实施例所述分离罐5为一金属罐体，其与所述二级反应器42的出料口相连，用以对所述二级反应器42输出的二级加氢产物进行分离。所述分离罐5侧壁设有废料口，用以输出废料，底端设有物料口，用以输出生物油。当所述二级反应器42将反应后的二级加氢产物输出至所述分离罐5后，分离罐5会对二级加氢产物进行分离，将废料通过废料口输出，将生物油通过物料口输出。可以理解的是，所述分离罐5的尺寸和材质本实施例均不作具体限制，只要满足所述分离罐5具有指定的强度且能够装载指定容积的二级加氢产物即可。

下面结合图1进一步说明本实用新型所述系统的具体方法与效果。

一种煤与生物质的多级液化工艺，包括：

步骤1：在运行系统前向所述液体原料罐11中添加指定量的生物质煤油浆，并向所述气体原料缓冲罐21中添加指定量的氢气，并在添加完成后启动系统，通过进料泵12从液体原料罐中抽取生物质煤油浆，通过压缩机22从气体原料缓冲罐中抽取氢气，生物质煤油浆流经液体进料预热器13，液体进料预热器13将生物质煤油浆加热至指定温度，氢气流经气体进料预热器23，气体进料预热器23将氢气加热至指定温度；

步骤2：生物质煤油浆在预热后进行分流，分流后的生物质煤油浆会分别输送至微界面发生器3，氢气在进行预热后进行分流，分流后的氢气会分别输送至对应的一级微界面发生器31，一级微界面发生器31会控制其接收生物质煤油浆和氢气之间的比例，并对氢气打碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡，打碎完成后，各所述一级微界面发生器31会将微米级气泡生物质煤油浆和进行混合形成气液乳化物；

步骤3：所述一级微界面发生器31在混合完成后将气液乳化物输出至一级反应器41控制一级反应器41内的压力和温度，使气液乳化物按指定方向流动，并在预设压力和预设温度范围内发生反应形成一级加氢产物；

步骤4：一级反应器41反应完成后将一级加氢产物输送至二级微界面发生器32，同时气体进料预热器将预热完成的氢气输送至对应的二级微界面发生器32，二级微界面发生器32会控制其接收一级加氢产物和氢气之间的比例，并对氢气打碎至微米尺度的微米级气泡，打碎完成后，各所述微界面发生器会将微米级气泡和一级加氢产物进行混合形成一级气液乳化物；

步骤5：所述二级微界面发生器32在混合完成后将一级气液乳化物输出至二级反应器42，控制二级反应器42内的压力和温度，使一级气液乳化物按指定方向流动，并发生反应形成二级加氢产物；

步骤6：反应完成后，二级反应器42将二级加氢产物输送至所述分离罐5，二级加氢产物在分离罐5内进行分离，形成废料和生物油，生物油沉降在分离罐5下层并由物料出口从系统中输出以进行后续处理，废料停留在分离罐5上层并通过废料出口输出系统以进行后续处理。

可以理解的是，可以根据不同原料组成或不同的产品要求灵活地进行预设操作条件的范围调整，以确保反应的充分有效进行，进而保证反应速率，达到了强化反应的目的。所述煤为低阶煤；所述油品为潲水油、地沟油、酸败油、废润滑油、废机油、重油、渣油、洗油、蒽油、煤焦油、石油、或本工艺制得的生物油中的一种或多种。

实施例一

使用上述方法对生物油进行制备，其中：

本实施例生物质煤油浆的制备方法为：取褐煤，将其烘干脱水，粉碎至中位粒径为50μm，然后送入压块机进行挤压成型，成型压力为5MPa，得到褐煤压缩料。将褐煤压缩料送入锤片粉碎机，进行粉碎，得到粒径为30μm的褐煤粉碎料。将上述褐煤粉碎料与在经硫化处理后的无定型羟基氧化铁以及硫化的负载有Mo氧化物和Ni氧化物的无定型氧化铝共同加入至液态粪便和地沟油的混合物中以形成生物质煤油浆。

具体而言，系统内一级反应器41中压力为3MPa，温度为300℃，反应时间为30min，二级反应器42中压力为3MPa，温度为420℃，反应时间为40min。

本实施例中，生物质煤油浆的转化率为97%，生物油收率为79%，残渣含量为0.9%。生物油中C元素含量为91wt%，H元素含量为6wt%，O元素含量为2wt%。

实施例二

使用上述方法对生物油进行制备，其中：

生物质选用秸秆，处理方法为：取麦子秸秆和玉米秸秆，将其烘干脱水，粉碎至中位粒径为100μm，然后送入压条机进行挤压成型，成型压力为2MPa，得到秸秆压缩料；将秸秆压缩料送入锤片粉碎机，进行粉碎，得到中位粒径为30μm的秸秆粉碎料，待用。

煤粉选用褐煤，处理方法为：取褐煤，将其烘干脱水，粉碎至中位粒径为100μm，然后送入压块机进行挤压成型，成型压力为15MPa，得到褐煤压缩料；将褐煤压缩料送入球磨机，进行粉碎，得到中位粒径为50μm的褐煤粉碎料，待用。

生物质煤油浆的制备方法为：将上述秸秆粉碎料和褐煤粉碎料进行除灰后与经硫化处理后的负载有氧化铁的生物质炭混合得到混合物，将所述混合物加入至酸败油中，从而形成生物质煤油浆；在所述生物质煤油浆中，所述秸秆的含量为30wt％，所述褐煤的含量为40wt％。

具体而言，系统内一级反应器41中压力为6MPa，温度为310℃，反应时间为30min，二级反应器42中压力为7MPa，温度为450℃，反应时间为50min。

本实施例中，生物质煤油浆的转化率为98%，生物油收率为82%，残渣含量为0.6%。生物油中C元素含量为90wt%，H元素含量为9wt%，O元素含量为1.2wt%。

实施例三

使用上述方法对生物油进行制备，其中：

生物质选用芦苇，处理方法为：取芦苇，将其烘干脱水，然后送入气流粉碎机进行粉碎处理，得到芦苇一次粉碎料，粒径D50为300μm；将芦苇一次粉碎料送入压块机或压条机进行挤压成型，成型压力为5MPa，得到芦苇压缩料；将芦苇压缩料送入气流粉碎机，进行二次粉碎，得到芦苇二次粉碎料，粒径D50为50μm，待用。

煤粉选用神东长焰煤，处理方法为：取神东长焰煤，将其烘干脱水，然后送入球磨机进行粉碎处理，得到神东长焰煤一次粉碎料，粒径D50为80μm；将神东长焰煤一次粉碎料送入压块机或压条机进行挤压成型，成型压力为12MPa，得到神东长焰煤压缩料；将神东长焰煤压缩料送入球磨机，进行二次粉碎，得到神东长焰煤二次粉碎料，粒径D50为40μm，待用。

生物质煤油浆的制备方法为：将所述芦苇粉和煤的二次粉碎料经除灰后与在反应器内经硫化处理后的负载有羟基氧化铁的生物质炭混合得到混合物，将所述混合物加入至废机油中，从而形成所述生物质煤油浆。

具体而言，系统内一级反应器41中压力为8MPa，温度为320℃，反应时间为40min，二级反应器42中压力为9MPa，温度为460℃，反应时间为55min。

本实施例中，生物质煤油浆的转化率为98%，生物油收率为85%，残渣含量为0.4%。生物油中C元素含量为85wt%，H元素含量为13wt%，O元素含量为1.3wt%。

对比例

一种生物质的液化工艺，包括如下步骤：

取褐煤，将其烘干脱水，粉碎至中位粒径为50μm，然后送入压块机或压条机进行挤压成型，成型压力为5MPa，得到褐煤压缩料。将褐煤压缩料送入锤片粉碎机，进行粉碎，得到粒径为50μm的褐煤粉碎料。将上述褐煤粉碎料与在反应器内经硫化处理后的无定型羟基氧化铁共同加入至液态粪便和废机油的混合物中以形成生物质煤油浆，向所述生物质煤油浆中通入氢气以发生反应，并控制反应压力为4MPa、反应温度为430℃，最终制得生物油。

本对比例中，生物质煤油浆的转化率为57%，生物油收率为23%，残渣含量为9%。生物油中C元素含量为75wt%，H元素含量为11wt%，O元素含量为13wt%。

综上所述，相对于对比例，采用本实用新型的系统得到的生物质与煤的转化率和生物油的收率均较高，而残渣量则明显减少，几乎没有生焦产生，从而得知本实用新型的方法可以明显提高生物质煤油浆的转化率和生物油的收率，降低残渣量。此外，多级液化使得加氢反应更加充分，生物油的品质更高。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。 凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，包括：

液相进料单元，用以存储和输送生物质煤油浆；

气相进料单元，用以存储和输送氢气；

微界面发生器，其分别与所述液相进料单元和气相进料单元相连,将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给氢气气泡，使氢气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡；

至少两个反应器，各反应器分别与对应的微界面发生器相连，用以装载气液乳化物，为气液乳化物中的生物质煤油浆和微米级气泡提供反应空间并使二者进行多级反应；

分离罐，其与所述反应器相连，用以对二级加氢产物进行分离以形成生物油。

2.根据权利要求1所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述微界面发生器为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器和气液联动式微界面发生器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述液相进料单元包括：

液体原料罐，用以存储生物质煤油浆；

进料泵，其与所述液体原料罐相连，用以为生物质煤油浆的输送提供动力；

液体进料预热器，其与所述进料泵相连，用以对所述进料泵输送的生物质煤油浆进行预热以使生物质煤油浆达到指定温度。

4.根据权利要求3所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述液体进料预热器出口处设有分流管道，用以将生物质煤油浆分别输送至对应的微界面发生器。

5.根据权利要求1所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述气相进料单元包括：

气体原料缓冲罐，用以储存氢气；

压缩机，其与所述气体原料缓冲罐相连，用以为氢气的输送提供动力；

气体进料预热器，其与所述压缩机相连，用以对所述压缩机输送的氢气进行预热以使氢气达到指定温度。

6.根据权利要求5所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述气体进料预热器出口处设有分流管道，用以将氢气分别输送至对应的微界面发生器。

7.根据权利要求1所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述反应器包括：

一级反应器，用以为气液乳化物中生物质煤油浆和微米级气泡提供反应空间，使二者进行一级反应并生成一级加氢产物；

二级反应器，其与所述一级反应器串联，且二级反应器下端进口与所述一级反应器上端相连，用以通过所述微界面发生器将一级加氢产物与微米级气泡混合形成一级气液乳化物以在二级反应器内进行二级反应，生成二级加氢产物。

8.根据权利要求1或7所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述微界面发生器包括：

一级微界面发生器，其设置在所述一级反应器底部，用以形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述一级反应器内；

二级微界面发生器，其设置在所述二级反应器底部，用以形成一级气液乳化物并将一级气液乳化物输出至所述二级反应器内。

9.根据权利要求1所述的煤与生物质的多级液化系统，其特征在于，所述分离罐侧壁设有废料出口，用以输送二级加氢产物中的废料，分离罐底端设有物料出口，用以输送生物油。

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