[发明专利]α-Fe在煤直接液化中的应用以及煤直接液化的方法

说明书

本发明涉及煤化工及清洁能源技术领域，公开了α‑Fe在煤直接液化中的应用以及煤直接液化的方法。本发明提供的技术方案中，以α‑Fe为催化剂催化煤直接液化反应，且在使用α‑Fe时无需添加硫元素，降低了油品及液化残渣中的硫化合物含量，有利于油品的进一步精制及液化残渣的利用。同时，配合本发明提供的煤直接液化方法，能够进一步促进低阶煤的液化转化，提高其液化转化率和油产率，还能防止高温过度反应的结焦问题，延长反应运行周期。

技术领域

本发明涉及煤化工及清洁能源技术领域，具体涉及α-Fe在煤直接液化中的应用以及煤直接液化的方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，利用煤炭液化制油可以减少原油对外依存度。目前煤直接液化工艺主要分为单反应器液化工艺和多反应器液化工艺(通常是双反应器)。一般来说，单反应器液化工艺的工艺流程短，操作简单，但是可能导致煤液化加氢深度不足，尤其是煤大分子向沥青质转化后其进一步加氢解聚受到限制。双反应器液化工艺相对延长了物料停留时间并加强了煤浆、氢气、催化剂之间的接触，对煤大分子加氢解聚的效果更好，有利于提高煤的整体液化性能。然而，双反应器工艺通常采用两个以完全相同的条件进行液化反应的反应器串联组成，主要目的在于延长反应时间，从而提高加氢深度。而对于低阶煤来说，尤其是高含氧褐煤等高反应活性煤中赋存大量的弱稳定结构，例如羧基、醚键、甲氧基、乙基等，这些结构在300-400℃时会发生显著分解并产生大量自由基，在此阶段煤的大分子结构也逐渐解聚，从而产生以聚合芳烃为主的沥青质。因此，对于低阶煤而言，煤液化温度应更加缓和，过快的升温速率和长时间的高温液化反应可能导致反应过度从而造成结焦，不仅降低了煤液化的转化率，而且还对设备产生不利影响，缩短了设备的运行周期。

此外，现有的煤直接液化催化剂通常以铁基催化剂为主，主要通过降低催化剂粒径，提高分散度来提高催化剂活性，降低催化剂用量。但是这些催化剂局限于铁元素衍生物种的催化活性，对芳环的加氢效果还有待提高。另外，现有煤直接液化铁基催化剂，，一般需要过量硫元素的添加以保证形成磁黄铁矿活性相才能发挥催化作用，过量的硫元素无疑增加了液化主要产物油品及液化残渣中的硫含量，这对油品精制及液化残渣的进一步利用如气化、热解及液化残渣制备沥青等产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的现有煤直接液化催化剂的加氢效果有待提高且需要(额外添加的)硫元素配合，同时现有煤直接液化方法的加氢深度仍有不足等问题，提供α-Fe在煤直接液化中的应用以及煤直接液化的方法。本发明提供的技术方案中，以α-Fe为催化剂催化煤直接液化反应，且在使用α-Fe时无需添加硫元素，同时配合本发明提供的煤直接液化方法，能够进一步有效促进低阶煤的液化转化，提高其液化转化率和油产率，防止高温过度反应的结焦问题，延长了反应运行周期。

为了实现上述目的，本发明一方面提供α-Fe在煤直接液化中的应用，其中，α-Fe在煤直接液化过程中用作液化反应催化剂。

本发明第二方面提供一种煤直接液化的方法，其特征在于，所述方法包括将油煤浆在液化反应条件下进行液化，其中，所述油煤浆包括煤、催化剂和溶剂，所述催化剂为如前所述的煤直接液化催化剂。

通过上述技术方案，本发明能够取得如下有益效果：

(1)本发明提供的煤直接液化催化剂(α-Fe)的制备方法简单，催化活性高，该催化剂有利于芳环加氢，促进煤大分子结构加氢解聚，促进沥青质向油转化，从而提高了煤液化转化率和油产率。

(2)本发明提供的煤直接液化催化剂无需(额外添加的)硫的配合，在使用过程中减少了硫的添加，从而降低了液化残渣的硫含量，有利于液化残渣的进一步利用，同时还减少了气相产物中的硫化氢等含硫气体的含量，减少了含硫气体对环境、设备、人员的伤害，还降低了尾气处理成本。同时，降低了油品中的硫化合物含量，从而有利于油品的进一步精制。

(3)本发明提供的煤直接液化催化剂配合本发明的优选煤液化方法，能够防止煤液化高温过度反应结焦，尤其适合低阶煤液化使用。

附图说明