[发明专利]一种联产优质液体燃料的方法及用于实施该方法的系统

说明书

本发明涉及一种利用含碳原料联产优质液体燃料的方法以及用于实施上述方法的系统。其中，所述方法通过对含碳原料进行预处理、原料分级转化、产物分级提质、产品分类调制和液化残渣浆分级利用等过程，能够以高能效得到质量良好的油品，且产物的产率高，种类调控灵活。

技术领域

本发明属于能源化工领域，具体涉及利用含碳原料联产优质液体燃料的方法以及用于实施该方法的系统。

背景技术

一方面，中国富煤、贫油、少气，煤炭在中国一次能源生产和消费结构中的比例长期保持在70％左右，其中85％的煤炭是通过直接燃烧使用的。高耗低效的直接燃烧方式，向环境排放大量SO_x、NO_x、CO₂和烟尘，造成中国以煤烟型为主的大气污染。随着直接燃煤带来的环境污染问题日趋严重，洁净液态燃料的需求量在逐年增加。

另一方面，当今社会的燃料油主要来源于石油，石油产品包括：石油燃料、石油溶剂/化工原料、润滑剂、石蜡、石油沥青、石油焦等。石油是现代社会赖以发展的重要物质基础。BP世界能源统计年鉴2020年版数据显示，中国2019年原油产量1.91亿吨，进口原油5.07亿吨，进口依存度超过70％，至目前为止，均为增长趋势，引发各方高度关注，凸显出中国石油安全面临的巨大风险。

煤制油是缓解中国石油资源短缺、解决直接燃煤带来的环境污染问题的有效途径之一，同时还可实现含碳资源的高效利用。现有的煤炭液化技术包括煤的直接液化和间接液化两种基本工艺过程，均起始于固体煤三维网状结构的热解聚。

其中，煤的直接液化是利用较高温度(～450℃)，使煤分子中的较弱共价键断裂，使煤部分解聚。在较高氢气压力条件下(～20MPa)，热解聚产生的较小的富氢自由基被氢原子淬灭，形成液态烃(油)；热解聚产生的较大的富碳自由基被氢原子或其它较大自由基淬灭或稳定，形成高沸点沥青或焦。煤的直接液化具有能量利用率较高的优势，煤直接液化油品具有低凝点、大比重、高体积热值等特点，适宜生产军用和航空领域的特种油品。但是，煤直接液化产物分布广，粗油组分复杂，含较多污染元素，提质处理成本较高。煤在高温条件下解聚，选择性差，难以通过提高反应温度获取高油收率。

煤的间接液化是在高温条件下(800-1700℃)使煤中的碳与氧气/水蒸气/二氧化碳反应，生成合成气(CO+H₂)，使煤完全解聚。合成气净化后，经费托合成过程，将CO和H₂转化成液态烃(费托合成油)，经提质加工生产油品(如柴油、汽油、石脑油)。费托合成油具有高十六烷值、低杂质含量的特点。但是，其柴油组分以直链烷烃为主，芳烃含量低，凝点/冷滤点偏高、密度偏低、体积热值偏低，不宜达到直接销售成品油的标准，生产汽油难度较大。另外，传统煤炭间接液化工艺流程较长，存在过程能效偏低(44％-47％)问题；采用低阶含碳物质(如低阶煤、生物质)作为气化原料时，存在热值、能效偏低问题。

煤的分级液化耦合了煤直接和间接两种基本煤液化过程，即：煤在温和条件下加氢直接液化，提取液化轻质油品；剩余的重质产物(液化渣浆)气化生产合成气，合成气经费托反应过程，转化成合成油。这里，通过渣浆气化、耦合两个液化过程，将原料分级转化，较单一直接或间接液化过程的能效及经济竞争力大有提高。例如，中科合成油技术有限公司在中国专利ZL200910178131.8和美国专利8784650B2中公开的分级液化工艺和适用于该工艺的三相悬浮床(浆态床)反应器系统，可以有效地提高煤液化过程的整体效率。

目前单一的煤间接和直接液化技术已实现了工业化生产或商业示范运行，分级液化技术还在小试或中试阶段，在液化过程耦合、操作单元耦合、过程能效、油品产量和质量控制等方面仍有待改善。

发明内容

本发明提供了利用含碳原料联产优质液体燃料的方法。通过进料优化处理、原料分级转化、产物分级提质、产品分类调制、液化残渣浆分级利用，使煤直接和间接液化得到优化耦合。本发明的联产优质液体燃料的方法具有过程能效高、油品产量高且质量好、产品种类调控灵活等优点。