[发明专利]一种煤和藻类共液化制备液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，特别涉及一种亚/超临界水-醇条件下煤和藻类共液化制备液体燃料的方法。

背景技术

随着能源需求的增长以及化石能源利用导致的环境污染等一系列问题，各国都开始拓展对能源的开发与高效利用。煤炭是世界上储量最丰富且分布最广泛的化石燃料，在现有能源结构中占有举足轻重的地位。我国的能源特点是富煤贫油，在未来50年内以煤炭为主的能源结构将不会改变。1980年以来，煤炭在我国一次能源消耗总量中所占的比例一直稳定在75%左右。目前，如何充分有效地利用煤炭资源已成为人们争相关注和研发的热点。

煤炭液化是煤炭资源有效利用的重要方法之一，也是煤化工最具代表性的技术，通过煤炭液化过程将不易运输和使用的固体燃料转化为易于运输和使用的液体燃料，同时对硫等有害元素和灰分加以脱除。目前，国内外煤液化工艺包括直接液化和间接液化两种：直接液化是指将煤粉与供氢溶剂及催化剂等在一定温度（430~470℃）和压力（10~30MPa）下直接作用，使煤加氢裂解转化为液体油品的工艺过程；由于耗氢量大等问题的制约，直接液化未实现商业化利用；煤炭间接液化是先将煤气化、净化生产出H₂/CO体积比符合要求的合成气，然后以其为原料在一定温度、压力和催化剂条件下通过F-T反应合成液态产品的工艺过程。煤液化技术经历了很长时间的发展，但仍存在碳利用率低、反应条件苛刻等不足，导致生产成本提高。同时，煤炭由于自身的化学组成和结构的特点，液化所得液体燃料的品质不高，与汽油或者柴油相比差别较大，因此限制了其发展。

为了弥补这一不足，研究者们展开了大量煤与其他物质共液化的工作，其中以煤与生物质共液化备受青睐。煤和生物质共液化制取液体燃料，一方面可以充分利用生物质中富含的氢，以降低煤液化的氢耗量，减缓反应条件的苛刻度，降低反应成本，另一方面可以提高液体燃料的品质。藻类作为第三代生物燃料的理想原料，是一种十分重要的生物质资源，具有光合作用效率高、生长周期短、环境适应能力强、易培养、脂质含量高以及生长过程中能高效固定CO₂等优点。此外，藻类生长和繁衍均是在水中，不与农业争地，不影响农业生产且过程易实现自动化和规模化。因此，研究和开发煤和藻类共液化的转化应用技术具有非常重要的战略意义。

煤和藻类的共处理技术包括煤和藻类共热解制备液体燃料与煤和藻类共液化制备液体燃料两种。与共热解法相比，共液化具有以下优点：（1）原料无需干燥处理、能耗大大降低。这一点对含水量极大的藻类尤为适合（藻类含水量一般超过80%）；（2）所得生物油含氧量少，品质明显优于共热解法；（3）湿藻所含的水分能提供加氢液化所需的氢，有利于液化反应的发生和短链烃的产生。目前，煤和生物质共液化的常用的反应介质有四氢萘、甲苯和1-甲基苯等有机溶剂，相对于这些有机溶剂，亚/超临界水作为反应介质具备如下优势：（1）水无毒无害，廉价易得，是一种廉价易得的可再生资源；（2）亚/超临界水具有供氢能力，有利于液化反应；（3）亚/超临界水具有离子积高、对有机物的溶解性强、黏度低、传质阻力小和扩散性能好等特性，水热液化产生的液体产物能够迅速溶解并扩散，减少了缩合或结炭等副反应的发生。目前生物质和煤等的水热液化受到各国研究者的广泛关注，已逐渐成为该领域的主流研究方向。然而，水热液化也存在诸多不足之处：（1）液体燃料油收率偏低；（2）生物油品质不理想，由于亚/超临界水具有氧化性，部分液化的小分子被氧化成有机酸，使得生物油具有腐蚀性。这些缺点严重制约了煤和藻类水热液化法的规模化应用。除了水作为介质外，采用低碳醇等其他供氢能力更强的溶剂可提高液化效果，反应介质中的醇还可与液化中间体脂肪酸发生酯化反应，将不希望存在的有机酸转变为酯类，从而提高液体燃料产率和热值。醇类廉价易得，而醇亦可由生物质发酵得到，也具有可再生性。

发明专利200710032428.4中提及一种褐煤制备液体燃料方法。该专利以褐煤为原料，辅以溶剂和催化剂制成煤浆，热溶催化获取液化产物，该发明认为此法设备简单、投资少、成本低；制取的液体燃料产品经加工后可制备符合国家标准的发动机燃料。但该专利有两个不足之处：（1）反应温度为390~450℃，反应所需温度过高，对设备要求苛刻，能耗较大，导致投资成本大大增加；（2）采用卤化物催化剂，或金属氧化物，或液体催化剂。固体催化剂因与液体溶剂呈非均相混合态，传质传热效果较差；液体催化剂虽解决这一问题，但不易回收利用，造成资源浪费和环境污染。

发明内容