[发明专利]一种煤与生物质的多级液化系统及工艺

说明书

本发明涉及一种煤与生物质的多级液化系统及工艺，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。本发明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，本发明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；且本发明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。

技术领域

本发明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及工艺。

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，本发明提供一种煤与生物质的多级液化系统及工艺，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。

一方面，本发明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的微米级气泡以提高生物质煤油浆与氢气间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将生物质煤油浆与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化生物质煤油浆与氢气间反应效率；