一种低温常压煤催化产氢连续制油系统和方法与流程

本发明总体地涉及煤制油技术领域，具体而言，涉及一种低温常压煤催化产氢连续制油系统和方法。

背景技术：

现有煤液化油生产技术存在包含需持续供能维持高温反应致能耗与排放高、煤加压气化反应分解一氧化碳和氢致水耗高、制备工艺流程长致设备造价以及投资与运营成本高在内的突出问题。

针对现有技术中煤制油的各种方法的优缺点，以节约能源、高效煤转油、环境友好为宗旨进行系统设计，以从源头上克服和解决目前煤制油的一些技术瓶颈，是本领域亟需。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷提供一种低温常压煤催化产氢连续制油系统和方法，本发明通过煤燃料自催化热解制氢装置、低温节能连续催化转油装置和冷凝气固液分离装置等的优化设计和使用工艺方法控制，使煤液化连续制油在低温常压下循环进行，上线了环保、节能、成本低。

本发明的技术方案是；一种低温常压煤催化产氢连续制油系统，包括相连通的第一加热器和煤液化反应器；所述第一加热器用于c02、h2和煤浆的混合物在其中被预热；所述煤液化反应器用于石油重油、铁催化剂和经第一加热器加热后的混合物在其中发生反应；所述煤液化反应器经第一循环泵与第二加热器连通，以加热煤液化反应器中的反应物；所述煤液化反应器为压力反应器，内部承压不小于1.2mpa。

进一步的，本发明的低温常压煤催化产氢连续制油系统还包括一段反应器；所述一段反应器与第一加热器连通，用于co、水和氧化铁催化剂在其中反应产生c02、h2将产生的c02和h2输送至第一加热器中。

更进一步的，本发明的低温常压煤催化产氢连续制油系统还包括粉粹装置和提升泵；所述粉碎装置经提升泵与第一加热器连通，用于煤和水在其中研磨并分离出重油和煤粉；所述煤粉出口与所述一段反应器连接，用于将分离出的煤粉作为一段反应器中的原料。

还进一步的，本发明的低温常压煤催化产氢连续制油系统中的煤液化反应器依次连接有冷凝器、气液分离器和压滤机，冷凝器和气液分离器用于将煤液化反应器中的反应产物冷凝、气液分离，压滤机用于气液分离器分离后的液体产物进行固液分离，得到油产品和残渣。

还进一步的，本发明的低温常压煤催化产氢连续制油系统中的气液分离器的气体出口连接气罐；所述气罐上设有第一出口、第二出口和第三出口；所述第一出口上设置有安全阀；所述第二出口上设置有减压阀，所述减压阀的另一端分别连接第一加热器和第二加热器，以将气罐中的co减压后送至第一加热器和第二加热器中作为动力燃料；所述第三出口经压缩机连通至一段反应器的进口，以将气罐中的co压缩后输送至一段反应器中。

还进一步的，上述气液分离器与压滤机之间的管路经第二循环泵与第一加热器连通，以将气液分离器分离出的部分液体产物送入第一加热器中。

本发明同时提供了一种低温常压煤催化产氢连续制油方法，它利用上述低温常压煤催化产氢连续制油系统，首先、将c02、h2和煤浆的混合物在第一加热器中加热至至少300℃；再将加热后的混合物输送至煤液化反应器中，加入石油重油和铁催化剂，在300-350℃范围内使煤液化反应器中的原料发生反应；煤液化反应器内的压力不大于0.5mpa，反应时间为4-6min。

进一步的，上述制油方法包括以下步骤：

s1、将煤送入粉碎装置进行粉碎；

s2、将步骤s1得到的重油送入煤浆制备装置以得到煤浆；

s3、将步骤s1得到的煤粉送入一段反应器中作为原料；

s4、在一段反应器加入氧化铁催化剂，使煤粉产生的co和水发生催化反应获得氢气和co2；

s5、将步骤s2的煤浆和步骤s4所得的氢气和co2送入第一加热器中进行预热；

s6、将步骤s5预热后的混合物送入煤液化反应器，加入石油重油和铁催化剂，在400-450℃范围内使煤液化反应器中的原料发生煤液化反应；

s7、将步骤s6所得产物经冷凝器，冷凝后的气液混合物送入气液分离器，冷凝剩余的少量残渣收集后作为产品外售；

s8、气液分离器分离后的液体，部分经第二循环泵输送至一段反应器、另一部分进入压滤机以分离获得油产品和残渣，残渣收集后作为产品外售；

s9、气液分离器分离后的气体进入气罐，气罐中的气体一部分增压后送至一段反应器的进口，一部分减压后用作第一加热器和第二加热器的加热燃料。

进一步的，上述步骤s1中，煤被粉碎至200目以下。

本发明技术成果于2021年已通过科学技术成果评价达到国际先进水平。其中各装置的反应方程式如下：

一段反应器：

二段反应器：

co2 h1→co oh

c1 oh1→co h1

9c1 10h1→c9h10

总表达式为：

与现有技术相比，本发明提供了一种低温常压煤催化产氢连续制油系统，具有如下有益效果：通过两段反应催化产氢连续制油，其能源转化率≥99％。同时其整个系统具有包含设备少投资省、转化率高、能耗水耗低、环境友好的显著优势，以及无燃料煤消耗、无二氧化碳排放及超低水耗以及无高温高压反应。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1是本发明实施例中一种低温常压煤催化产氢连续制油系统工艺流程示意图；

图2是是本发明实施例中一种低温常压煤催化产氢连续制油系统的二段反应系统连接图。

附图标记：1、提升泵；2、第一加热器；3、煤液化反应器；4、第二加热器；5、第一循环泵；6、冷凝器；7、气液分离器；8、压滤机；9、第二循环泵；10、气罐；11、压缩机；12、减压器；13、安全阀。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例

一种低温常压煤催化产氢连续制油系统，其具体结构如图1-2所示，包括：

粉碎装置，其用于将煤粉碎成煤粉，得到的重油用于煤浆制备；

一段反应器，将来自煤粉的co和h2o与外加的feo催化剂进行催化热解，得到c02和h2；以及

二段反应器，其反应过程中用到煤液化反应器3、气液分离器7以及气罐10，煤液化反应器3用于将煤进行液化处理，并得到co气体，气液分离器7将分离而出的co气体处理后送入到气罐10中。

其技术原理为：

煤炭直接液化的原理是煤通过溶剂抽提和在高温、高压、催化剂的作用下，煤浆加氢使煤中复杂的有机物分子结构发生变化，提高h/c比，直接转化为液体油品的过程。

粉碎装置中包含粉碎机，经过粉碎后的煤粉为200目。

二段反应器中各装置的工作过程和优选工艺参数如下：

来自一段反应中的c02和h2加入到第一加热器2中，同时在煤浆内安装提升泵1，并与第一加热器2连通，第一加热器2通过管道与煤液化反应器3连通。

第一加热器2的加热温度为300℃，煤液化反应器3中的反应压力为0.5mpa，反应时间为4-6min。

煤液化反应器3中添加有石油重油和fe催化剂，且煤液化反应器3通过支管与自身侧壁连接，并在该支管上依次安装第一循环泵5和第二加热器4，煤液化反应器3中的煤浆转变为不饱和液体，c02转变为co气体。

第二加热器4的加热温度为300-350℃。

气液分离器7与煤液化反应器3之间的连通管道上安装有冷凝器6，且气液分离器7与煤浆的连通管道上还安装有第二循环泵9，并在气液分离器7的出口端处安装压滤机8，其过滤得到残渣和不饱和产品。

气罐10的上下两端均安装有安全阀13，气罐10的一个出口端处安装有减压器12，其用于对部分co气体降压后作为一段反应器和二段反应器的动力燃料，另一个出口端处安装有压缩机11。

本实施例系统具体的工艺流程为：

一段反应：一氧化碳变换反应。co和h2o在feo催化剂环境下，加热至不高于450℃，得到co2和h2；

二段反应：煤液化反应。

包括以下子步骤：

1、将来自一段反应的co2和h2加入至第一加热器2，同时向第一加热器2内加入煤浆，加热至300℃，送入煤液化反应器3；

2、在煤液化反应器3内装有石油重油和fe催化剂，石油重油、fe催化剂和煤浆通过第二加热器4和第一循环泵5循环加热，使得反应温度达到400～450℃时，煤浆转变为不饱和液体，co2转变为co气体；

3、经冷凝器6和气液分离器7后，完全反应的液体物料经压滤机8过滤出来，其中反应物煤灰和固体杂质为残渣，过滤液为不饱和产品；

4、从气液分离器7分离出来的co储存入气罐10中，一部分co经压缩机11输送至一段反应，作为原料，另一部分co经过减压器12降压后作为一段反应和二段反应的动力燃料；

5、气液分离器7分离出的物料还包括未完全反应的物料，其经第二循环泵9输入第一加热器2，重新反应。

本发明中煤催化制氢连续转油关键技术及成套装备，采用氧化铁和铁催化剂，配套设计开发出煤原料自催化热解制氢、低温节能连续催化转油及冷凝气固液分离两段一体化工艺流程及装备，实现了低温(350℃)常压(0.5mpa)高效制备煤化油：1吨褐煤可转化并实收约0.58吨煤化油(制1吨煤化油消耗原料煤约1.72吨)、剩余二氧化碳全部转化为一氧化碳(煤气)燃料返系统循环供能，能源转化率≥99％。同时，吨油水耗≤0.65m3/t(gb/t37759-2019《节水型企业现代煤化工行业》要求煤炭直接液化取水量≤6.50m3/t)、能耗≤0.03吨标煤(仅设备启动升温至350℃耗能，达到温度值后系统自产能源循环供能)、反应速度40米/s、设备占地100㎡。具有设备少投资省、转化率高、能耗水耗低、环境友好的显著优势，以及无燃料煤消耗、无二氧化碳和二氧化硫排放及超低水耗、无高温高压反应的突出特点。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。