[发明专利]高含量惰质组份煤的加氢液化方法

说明书

技术领域

本发明涉及将煤直接液化的技术领域，是一种高含量惰质组份煤的加氢液化方法。

背景技术

新疆煤炭资源十分丰富，其预测储量达到2.19万亿吨，超过全国总量的40％。

五彩湾煤位于准东地区，是新疆五大煤电煤化工基地之首，正将建成世界上最大的露 天煤矿。该矿区煤炭具有煤层层数多、厚度大、埋藏浅、高水分、低灰和低硫等特点。五 彩湾煤的煤质分析见表1。其煤质特征可概括为“三高”，即高惰质组含量、高水分、高 氧化钙；“三低”，即低氢炭元素比、低灰和低硫。五彩湾煤氢炭元素比低，说明煤中含 有较多的芳香结构；惰质组最佳反应温度在450℃以上，五彩湾煤的惰质组体积百分比含 量为75％至85％，为获得好的液化效果，反应所需的温度就高；五彩湾煤挥发份为32.57％， 氢炭元素比为0.59。煤的挥发份和氢炭元素比越大(石油氢炭比为1.5至1.6)，煤质越好， 越易于加氢液化，据煤炭分类国家标准(GB5751-86)，五彩湾煤属于煤化程度较高的烟煤。

煤炭直接液化的特点就是需要高压高温条件。因此，对设备性能和工艺条件要求苛刻。 因此，在油产率尽可能高的前提下，进一步温和液化反应条件和降低成本一直是煤液化研 究的热点。

煤的溶胀机理，其理论基础是煤大分子两相结构模型。该模型认为，煤的结构可看作 是由三维交联网状结构的大分子和网络间嵌入的小分子所组成。两者之间存在着氢键、电 荷转移或范德华力等的相互作用。煤愈年轻，网络间的小分子愈多。煤的分子结构特点是 既具有供氢能力，又具有受氢能力。因此，亲核或亲电溶剂可断裂煤分子结构两者间的氢 键和较弱的化学键，降低其交联度，使其充分伸展。从上世纪80年代，用高分子物理学 中溶胀平衡理论研究煤大分子交联键结构。用极性有机溶剂对煤进行处理，会破坏煤分子 结构中交联氢键，改变煤的化学结构，降低自由能的缔合结构，提高煤的化学反应活性， 使其能在较温和条件下直接液化有较高的油产率和转化率。

目前，已有大量对溶胀煤进行直接液化的研究。不同煤的煤质分析见表1，对于煤的 氢炭元素比，只有五彩湾煤不到0.6，其他煤均在0.7至0.8之间；而对于挥发份，除五 彩湾煤和南非煤外均在37％至46％。煤的氢炭元素比和挥发份越高，越易于液化。因此， 就煤的液化而言，兴隆煤和北宿煤是最易液化的，五彩湾煤是最难液化的。

在表3中：

F.Pinto^[1]etc(Pinto F，GulyurtluI，Lobo LS et al.Effect of coal pre-treatment with swelling solvents on coal liquefaction[J](溶胀预处理对煤液化的影响).fuel， 1999，78：629-634公开了用四氢呋喃溶胀南非煤，在氢初压7.9MPa(常温下测定)、液化 温度400℃和反应时间30min条件下加氢液化，油产率由原来的24％达到27％。一方面， 南非煤虽然氢炭元素比较高为0.71，但在上述反应条件下，油产率较低；另一方面，用 四氢呋喃溶胀煤后液化油产率仅提高3个百分点，溶胀效果不显著。

Haoquan Hu^[2](Hu Haoquan(胡浩权)，Sha Guangyan，Chen Guohua.Effect of solvent swelling on liquefaction of Xinglong coal at less severe conditions[J](在温 和条件下溶胀处理对兴隆煤液化的影响).fuel，2000，68：33-43公开了分别用四氢呋 喃和吡啶溶胀兴隆煤，在溶煤比2∶1(四氢萘的质量和煤的质量比)、氢初压4MPa(常温下 测定)、液化温度350℃和反应时间30min条件下加氢液化，转化率由原来的20％，分别达 到29％和28％，提高了9和8个百分点。兴隆煤的挥发份为40.72％，氢炭比为0.78，属于 易于液化的优质煤种。但由于液化温度低，兴隆煤转化率仅为20％，用四氢呋喃和吡啶溶 胀后兴隆煤转化率也＜30％，溶胀效果仍不显著。