[发明专利]一种煤直接液化方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭加工技术领域，更具体涉及一种煤直接液化方法及系统。

背景技术

由于石油储量逐年下降而开采量不断上升，导致石油价格持续在高位攀升，所以世界范围内的石油短缺危机将不可避免。我国富煤贫油，能源安全形势更加严重。煤炭直接液化就是在高温高压下，借助于供氢溶剂和催化剂，使氢元素进入煤及其衍生物的分子结构，从而将煤炭转化为液体燃料或化工原料的先进洁净煤技术。发展煤炭液化技术，是缓解我国石油资源短缺、石油产品供需紧张状况的重要途径之一，同时也是提高我国煤炭资源利用率、减轻燃煤污染，促进能源、经济、环境协调发展的重要措施。

1913年，德国的柏吉乌斯(Bergius)发明了煤直接液化技术，并获得世界上第一个煤直接液化专利。1927年，德国I.G.Farbenindustrie（燃料公司）在Leuna建立了世界上第一个煤直接液化厂。第二次世界大战期间德国为了支撑战争，一度建立了12家煤炭直接液化厂，总生产规模达到423万吨/年，二战结束后，这些工厂全部关闭。当时德国的液化工艺采用鼓泡床反应器，固液分离采用加压过滤或离心分离工艺，液化催化剂为含铁天然矿物，由于循环溶剂含有难反应的沥青，而且天然矿物催化剂活性低，所以液化条件很苛刻，反应压力为70MPa，反应温度为480℃。

七十年代初石油危机后，寻找石油替代品引起了各工业发达国家的高度重视，根据具体工艺流程的不同，各国相继研究开发了许多煤炭直接液化新工艺。

美国于80年底初开发了H-COAL工艺(专利号:US4842719)，该工艺主要技术特点是采用强制循环悬浮床反应器和镍-钼、钴-钼、氧化铝载体的石油系加氢催化剂；反应压力为20MPa，反应温度为455℃；采用旋液分离和减压蒸馏分离循环溶剂。由于采用强制循环悬浮床反应器和石油系催化剂，反应温度容易控制，产品性质稳定。但由于石油系加氢催化剂在煤液化反应体系中失活严重，催化剂更新周期短，液化油生产成本高。

德国在80年代末开发了IGOR+工艺，该工艺采用鼓泡床反应器及赤泥催化剂；采用在线固定床加氢反应器对循环溶剂和产品进行不同深度的加氢，用减压蒸馏方法分离循环溶剂。由于采用加氢后的供氢性循环溶剂，煤浆性质稳定而且浓度高，预热容易，并且可以与高温分离器气相进行换热，热利用率高。不过赤泥催化剂活性低，反应条件苛刻，典型操作条件为：反应压力30MPa，反应温度470℃；在线固定床加氢反应器存在催化剂结焦失活操作周期短的风险；鼓泡床反应器对高钙煤有矿物质沉积现象。

日本在90年代末开发完成了NEDOL液化工艺，该工艺采用超细粉碎的天然黄铁矿做液化催化剂，并采用离线的固定床加氢反应器对循环溶剂进行加氢；液化反应器为鼓泡床，用减压蒸馏方法分离循环溶剂。NEDOL工艺的优点与IGOR⁺工艺类似，而且反应条件缓和（17Mpa,450℃）。缺点是黄铁矿硬度大，超细粉碎困难，成本高；鼓泡床反应器气体滞留系数大，利用率低；鼓泡床反应器液速低，有矿物质沉积。

美国HTI公司（前身为HRI公司）在H-COAL液化工艺的基础上研究开发出了HTI煤液化工艺（专利号:US6190452B1）。该工艺采用两个串联的循环悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁系胶状高活性催化剂；在高温分离器后面串联在线加氢固定床反应器；固液分离采用临界溶剂萃取的方法，从液化残渣中最大限度回收重质油。该工艺的缺点是每台反应器都需要配备能在高温高压条件下运行的循环泵，循环泵输送的物料固含量高，容易导致泵磨损严重，维持稳定运转的成本高，风险大；反应器顶部必须有提供气液分离的空间，反应器的气液比不能太高，否则气液分离不完全，容易引起循环泵抽空等一系列问题；反应器内的内构件复杂，增加了反应器的制造和维修成本。

我国神华集团近几年在HTI液化工艺的基础上开发了具有自主知识产权的神华煤液化工艺(专利号:CN1257252C)，采用煤炭科学研究总院自主研发的高效纳米级水合氧化铁催化剂；采用强制循环悬浮床反应器，和离线沸腾床加氢反应器对循环溶剂进行加氢，固液分离采用减压蒸馏。该工艺需配备两套苛刻条件下运行的循环系统，存在反应器内构件复杂以及循环泵容易抽空等问题。