[发明专利]含碳固体燃料的分级液化方法和用于该方法的三相悬浮床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种将含碳固体燃料转化为油品的分级转化方法，该方法可 以将所述含碳固体燃料高效率地分级液化，然后转化成优质油品，是先进的 能源转化技术；本发明还提供了一种高通量的三相悬浮床反应器，在该反应 器中可使所述的含碳固体燃料部分加氢液化，完成上述分级转化过程。

背景技术

随着以石油为基础的液体燃料需求量的增大以及石油资源可用储量的 减少，由煤等固体燃料生产可用液体燃料的方法越来越受到人们的重视。

煤炭主要用作发电、炼焦、工业和民用燃料，燃料和动力等行业通常要 求低硫优质煤炭或特定煤种，但在煤炭储量中，有相当大的部分不符合上述 要求。在中国，虽然煤炭资源比较丰富，但优质煤炭资源仅占一半左右，其 余为褐煤等煤炭资源。褐煤等年轻煤占中国煤炭资源储量的40％左右，在内 蒙古东部地区高达70％以上。由于如何开发利用褐煤的问题没有得到解决， 因此对褐煤的开采非常有限。例如，2005年中国生产煤炭215131万吨，优 质煤占65％，而储量较大的褐煤产量只有9764万吨，仅占煤炭产量的4.5％。

褐煤等年轻煤在利用上存在的问题是：(1)在开采优质煤的同时，共伴 生低质煤炭资源因市场原因不能同步采出，造成煤炭资源浪费；(2)因褐煤 等年轻煤种水分高、灰分高、挥发分高、热值低，常被当作低质燃料动力煤； 加上易分化和自燃，不宜长途运输，也就成为难以异地加工利用的煤资源。 因此，需要对年轻煤积极开发利用，以逐步调整煤炭生产与消费结构，实现 煤炭资源结构与生产结构和消费结构的统一，有利于降低煤炭资源整体消耗 强度。

在上述煤炭的使用过程中，大量的优质煤被作为燃料和动力行业的原 料，使用效率低、污染物排放严重，中国庞大的燃煤电力行业长期在30-35％ 的效率下运行，造成了环境污染和资源的严重浪费。随着电力行业逐步对核 电、风能、太阳能等强化发展，煤炭资源更加有效的利用方式将会对中国乃 至世界未来的可持续发展起到重要的作用。其中，通过煤炭液化途径制取现 代人类社会发展严重依赖但日益短缺的油品将是一个最为重要的技术路线。 这一技术路线的潜在意义在于生物质也可以通过与煤炭同样的处理方法加 以有效的利用，为人类在长远解决碳资源的短缺问题提供更加可持续的解决 方案。

通过煤炭液化生产油品主要有三种途径：煤炭干馏部分转化为焦油的部 分液化过程；煤炭经过直接加氢完全转化成油品的直接液化过程；以及煤炭 经过气化生产合成气、合成气经过费托合成生产优质油品的间接液化过程。 上述三种途径早在上世纪早期就已经进入了工业化生产，并成为德国在第二 次世界大战中主要的油品生产途径。早期的从煤炭液化生产油品的大规模工 业化研发一直持续到1960年代末，石油的发现和大规模开发使得煤炭液化 的工业化进程处于停顿状态，而科学研究的工作一直持续，形成了独特的煤 炭转化领域。1950年代南非采用基于煤炭气化和费托合成技术的间接液化 工艺建成了煤炭液化生产液体燃料的工业化生产厂，即SASOL公司的合成 油工厂。

1970年代的世界石油危机，使得煤炭液化的研发工作进入了一个新的 时期，由于现代化石油加工领域的技术进步，1970-1990年代的研发工作在 更高层次上取得了进展，形成了现代加压煤炭气化技术-气流床煤炭气化技 术，实现了大规模的煤炭气化的技术基础，推动了合成气化学向工业化发展。 以煤为原料大规模生产合成氨、合成甲醇的工业化发展就是建立在高效大规 模煤炭气化的基础上的。同时，出现了将煤炭加氢液化过程向更加温和的方 向发展的技术，例如美国HTI、日本的Nedol直接液化技术，出现了大规模 高效的费托合成技术：固定流化床和三相悬浮床费托合成技术(SASOL)。这 一阶段最为显著的工业化进展是SASOL采用先进的合成技术将煤炭间接液 化从100万吨/年的生产规模发展成600万吨/年的生产规模。

在直接加氢液化方面由于加氢条件苛刻，对设备制造和工业化安全运行 以及产品质量方面提出了巨大的挑战，该途径只进行了中间试验和示范运 行。这一时期开发的煤炭低温干馏技术达到了单台处理煤炭100-300万吨/ 年，但是，低温干馏技术出油率低(10％以下)、焦油加工成本高、半焦价 值较低以及过程环境污染问题突出而没有形成大规模的产业化。同时，影响 煤炭液化的大规模发展的主要市场因素是石油价格长期较低而且不稳定。