高含量惰质组份煤的加氢液化方法技术

一种高含量惰质组份煤的加氢液化方法，其按下述步骤进行：第一步溶胀处理、第二步加氢液化反应、第三步固液分离。本发明专利技术技术效果：在兼顾液化成本的情况下，在五彩湾煤的惰质组含量较高、氢炭元素比较低、挥发份较低情况下，使五彩湾煤加氢液化的油产率得到显著提高，从而改变目前公认的观点即：当煤的惰质组含量高且氢炭元素比和挥发份都较低时，只能得到煤的低的液化率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将煤直接液化的
，是一种。
技术介绍
新疆煤炭资源十分丰富，其预测储量达到2. 19万亿吨，超过全国总量的40%。 五彩湾煤位于准东地区，是新疆五大煤电煤化工基地之首，正将建成世界上最大的露 天煤矿。该矿区煤炭具有煤层层数多、厚度大、埋藏浅、高水分、低灰和低硫等特点。五 彩湾煤的煤质分析见表l。其煤质特征可概括为"三高"，即高惰质组含量、高水分、高 氧化钙；"三低"，即低氢炭元素比、低灰和低硫。五彩湾煤氢炭元素比低，说明煤中含 有较多的芳香结构；惰质组最佳反应温度在45(TC以上，五彩湾煤的惰质组体积百分比含 量为75%至85%，为获得好的液化效果，反应所需的温度就高；五彩湾煤挥发份为32. 57%， 氢炭元素比为0. 59。煤的挥发份和氢炭元素比越大(石油氢炭比为1. 5至1. 6)，煤质越好， 越易于加氢液化，据煤炭分类国家标准(GB5751-86)，五彩湾煤属于煤化程度较高的烟煤。 煤炭直接液化的特点就是需要高压高温条件。因此，对设备性能和工艺条件要求苛刻。 因此，在油产率尽可能高的前提下，进一步温和液化反应条件和降低成本一直是煤液化研 究的热点。煤的溶胀机理，其理论基础是煤大分子两相结构模型。该模型认为，煤的结构可看作 是由三维交联网状结构的大分子和网络间嵌入的小分子所组成。两者之间存在着氢键、电 荷转移或范德华力等的相互作用。煤愈年轻，网络间的小分子愈多。煤的分子结构特点是 既具有供氢能力，又具有受氢能力。因此，亲核或亲电溶剂可断裂煤分子结构两者间的氢 键和较弱的化学键，降低其交联度，使其充分伸展。从上世纪80年代，用高分子物理学 中溶胀平衡理论研究煤大分子交联键结构。用极性有机溶剂对煤进行处理，会破坏煤分子 结构中交联氢键，改变煤的化学结构，降低自由能的缔合结构，提高煤的化学反应活性， 使其能在较温和条件下直接液化有较高的油产率和转化率。目前，已有大量对溶胀煤进行直接液化的研究。不同煤的煤质分析见表l，对于煤的 氢炭元素比，只有五彩湾煤不到0.6，其他煤均在0.7至0.8之间；而对于挥发份，除五 彩湾煤和南非煤外均在37%至46%。煤的氢炭元素比和挥发份越高，越易于液化。因此， 就煤的液化而言，兴隆煤和北宿煤是最易液化的，五彩湾煤是最难液化的。在表3中F. Pinto(溶胀预处理对煤液化的影响).fuel,31999， 78: 629-634公开了用四氢呋喃溶胀南非煤，在氢初压7. 9MPa(常温下测定)、液化 温度40(TC和反应时间30min条件下加氢液化，油产率由原来的24%达到27%。 一方面， 南非煤虽然氢炭元素比较高为0.71，但在上述反应条件下，油产率较低；另一方面，用 四氢呋喃溶胀煤后液化油产率仅提高3个百分点，溶胀效果不显著。Haoquan Hu (Hu Haoquan (古月浩权)，ShaGuangyan， Chen Guohua. Effect of solvent swelling on liquefaction of Xinglong coal at less severe conditions (在温 和条件下溶胀处理对兴隆煤液化的影响).fuel, 2000， 68: 33-43公开了分别用四氢呋 喃和吡啶溶胀兴隆煤，在溶煤比2:1(四氢萘的质量和煤的质量比)、氢初压4MPa(常温下 测定)、液化温度35(TC和反应时间30min条件下加氢液化，转化率由原来的20%，分别达 到29%和28%，提高了9和8个百分点。兴隆煤的挥发份为40. 72%，氢炭比为0. 78，属于 易于液化的优质煤种。但由于液化温度低，兴隆煤转化率仅为20%，用四氢呋喃和吡啶溶 胀后兴隆煤转化率也<30%，溶胀效果仍不显著。Hengfu Shui etc (Shui Hengfu ， Wang Zhicai ， Cao Meixia Effect of pre-treatment of coal cm its solvent extraction and liquefaction properties (溶胀预处理对溶剂抽提和煤液化性能的影响).fuel, 2008.04.28: 1-6公开了分别用 四氢呋喃和N-甲基吡咯烷酮溶胀神华煤，在溶煤比3:1(四氢萘的质量和煤的质量比)、氢 初压4MPa(常温下测定)、液化温度400'C和反应时间30min条件下加氢液化，油气产率由 原来的21%，分别达到24%和18%，分别提高了 3和降低了 3个百分点。此时，溶胀对神 华煤作用效果不明显，且N-甲基吡咯烷酮溶剂由负效应，即油气产率较溶胀前反而降低 了。倪献智等(倪献智，王力，陈丽惠等.年轻煤溶剂溶胀后加氢液化性能的研究.山 东科技大学学报，2003， 22(3): 97-100公开了用吡啶溶胀孙村煤，在溶煤比1. 5至2:1 (四 氢萘的质量和煤的质量比)、氢初压10MPa(常温下测定)、液化温度40(TC和反应时间60min 条件下加氢液化，油产率由原来的18%达到40%，提高22个百分点。用吡啶溶胀北宿煤(倪献智，王力，陈丽惠等.超声波辐射下溶胀改善煤液化性能的研究.煤炭转化， 2003， 26(4): 37-41公开了在溶煤比7:1 (四氢萘的质量和煤的质量比)、氢初压(7 MPa 至8MPa)(常温下测定)、液化温度40(TC和反应时间90rain条件下，油产率由原来的57% 达到70%，提高了13个百分点。两种溶胀煤，虽然油产率相对于溶胀前提高了 10个百分 点，但孙村煤液化氢初压高达10MPa(常温下测定)，这样高的压力，使其液化反应的终压 更高，造成对反应设备的材质要求高，液化成本相应变高；北宿煤不仅所使用的溶剂量大 (溶煤比7:1)(四氢萘的质量和煤的质量比)，而且液化的反应时间过长。侯宇驰等(侯宇驰，卢继昌，马国宝.溶胀对神化煤结构及液化性能的影响.辽 宁化工，2008， 37(6): 38卜384公开了用吡啶溶胀神华煤，在溶煤比3:1 (四氢萘的质量初压7MPa(常温下测定)、液化温度420'C和反应时间60min条件下加 氢液化，油气产率(油和气产率的和)由原来的45%达到62%，提高17个百分点。 一方面神 华煤是煤炭科学研究院筛选出的14种液化特性优良的煤种之一；另一方面所用的溶剂量 大(溶煤比3:1)。这两方面使液化成本高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种,其克服了现有技术之不足，解 决了五彩湾煤较难液化的问题，具体解决了五彩湾煤因惰质组含量较高、氢炭元素比较低、 挥发份较低而造成液化产率(包括油产率、油气产率、转化率)较低、成本较高的问题。本专利技术的技术方案是这样来实现的 一种，其按下 述步骤进行第一步溶胀处理将N-甲基吡咯烷酮(NMP)、 N， N-二甲基甲酰胺(DMF)和二硫化碳 (CS2)的混合液与五彩湾煤以2至10:1的比值边搅拌边混合，室温下密封静置溶胀0. 5小 时至24小时，真空抽滤并将滤渣干燥后得到溶胀煤；其中，N-甲基吡咯烷酮(NMP)、 N， N-二甲基甲酰胺(DMF)和二硫化碳(CS2)以体积比为1至2:0至1:1构成混合液，上述混合 液与五彩湾煤的比值单位为ml/g;第二步加氢液化反应将所需要量的上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高含量惰质组份煤的加氢液化方法，其特征在于按下述步骤进行：　第一步溶胀处理：将Ｎ－甲基吡咯烷酮、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺和二硫化碳的混合液与五彩湾煤以２至１０∶１的比值边搅拌边混合，室温下密封静置溶胀０．５小时至２４小时，真空抽滤并将 滤渣干燥后得到溶胀煤；其中，Ｎ－甲基吡咯烷酮、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺和二硫化碳以体积比为１至２∶０至１∶１构成混合液，上述混合液与五彩湾煤的比值单位为ｍｌ／ｇ；　第二步加氢液化反应：将所需要量的上述溶胀煤、催化剂三氧化二铁、助催化剂单质 硫和供氢溶剂四氢萘按四者混合均匀倒入反应釜，密封反应釜并向釜内用氢气进行置换后，在常温下充至５ＭＰａ至７ＭＰａ，控制升温速度４℃／ｍｉｎ至５℃／ｍｉｎ，到反应温度为４００℃至４６０℃后恒温３０ｍｉｎ至６０ｍｉｎ，然后将反应釜在１０ｍｉｎ到１５ｍｉｎ内迅速强制冷却到２００℃内，再降温至室温，得到反应产物；其中，上述溶胀煤２０重量份、催化剂三氧化二铁０．５７重量份至１．４３重量份、助催化剂单质硫０．４６重量份至１．１５重量份，供氢溶剂四氢萘与溶胀煤的质量比为１．５至２∶１；　 　第三步固液分离：将反应产物的固、液相产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃溶剂由索氏抽提器分别进行抽提，依次分别得到液化油、沥青烯、前沥青烯和液化残渣。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马凤云，郭靖，周岐雄，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：65[中国|新疆]