[发明专利]一种煤与生物质的共同液化工艺

说明书

本发明涉及清洁能源技术领域，具体涉及一种煤与生物质的共炼工艺。本发明提供的煤与生物质的共同液化工艺，通过先对煤与生物质原料进行“粉碎+压缩+再粉碎”处理，再配制浆液，成功得到了固含量高、且能够用泵平稳输送的生物质煤油浆，使得现有技术中不能作为煤与生物质液化溶剂的高黏废油也能够得到利用。通过向所述生物质煤油浆中通入氢气并控制反应压力为15～25MPa、反应温度为380～480℃，最终制得生物油；本发明的工艺使得煤与生物质在高压高温环境下液化，并进一步发生裂化、加氢反应，从而实现由煤与生物质向生物油的转化。在本发明所述的工艺中，煤与生物质转化率可达90～95％，生物油的收率可达40～75％，且残渣量不高于3％。

技术领域

本发明涉及清洁能源技术领域，具体涉及一种煤与生物质的共炼工艺。

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CN105647578就公开了一种煤油混合加氢炼制的技术，该技术首先将50～200μm的煤粉与渣油等制成油煤浆，再加入氢气、催化剂和硫化剂，共同送入浆态床，在17-25MPa的压力下进行裂化加氢反应；所得加氢产物进行分离后再送去加氢精制，最后得到轻烃、石脑油、柴油和蜡油。

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。

1.液化效率低

由煤粉和油配制得到的煤油浆需要由泵输送入裂解加氢装置，为了保证泵的平稳运转和输送，煤油浆的粘度不可太高，而油煤浆中作为分散剂的重油、渣油等均为较粘稠的液体，这就使得煤油共炼技术中煤油浆中煤粉的含量不可过高，从而导致反应物料的浓度有限，造成液化效率较低。

2.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。

当温度过高或供氢不足时，前沥青烯和沥青烯中的部分不溶有机物会生成炭或半焦。氢气的高浓度和高分压有利于煤的加氢裂化反应向正向进行，并降低生焦。所以煤油共炼技术往往耗氢量很高。

针对第一个问题，为了提高液化效率，研究人员致力于提高煤油浆中煤粉的含量，例如尝试尽可能的减小煤粉粒度，以求通过增加煤粉在煤油浆中的分散性而提高煤粉的比例。然而，煤粉具有大量的孔隙结构，减小煤粉粒度的操作使得这些微小孔隙进一步暴露，从而吸附大量的溶剂油。结果，由更小粒度的煤粉配制得到的煤油浆，在相同煤粉重量比重下，黏度反而比较大颗粒的煤粉配制得到的煤油浆更高，根本无法实现泵的平稳运输。

针对第二个问题，为了减少对氢的消耗，研究人员尝试利用生物质与煤共同热解加氢来实现。煤油共炼技术中与裂解的煤粉反应的氢源主要来自于：溶解于溶剂油中的氢在催化剂作用下转变生成的活性氢、溶剂油可供给的或传递的氢、煤本身裂解所产生的活性氢和反应生成的氢。而生物质的H/C比较高，研究人员希望通过利用生物质中的氢就来降低煤液化的耗氢量，减缓反应条件的苛刻度，实现煤的温和液化。