CN108359489A - 微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新能源收集和利用的系统,特别涉及一种微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统及方法,该系统主要包括烃蜡的制备装置、微波发生装置以及煤液化系统;微波辐射烃蜡辅助析氢后,产生的有机物和煤粉共同制成煤浆,再向其中加入氢气,完成煤的液化、加氢稳定反应、加氢改质反应等化学过程,最终生成石脑油、航油和柴油;本发明能够实现安全高效制氢,并利用氢气辅助完成煤的液化,实现煤的清洁利用,降低煤炭直接利用过程中SOx和NOx的排放,减少煤炭对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源收集和利用的系统,特别涉及一种微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统及方法。
背景技术
目前,我国的煤炭资源相对丰富,同时也是煤炭生产与消费的主要贡献者,总量接近全球的二分之一,但是煤的直接燃烧产生的SOx和NOx等有害气体对大气造成了严重的污染。因此大力推广煤的高效、清洁利用成为了当务之急。煤的直接液化技术能够脱除煤炭中的硫元素、氮元素等有害杂元素及无机矿物质,其中硫元素以硫磺的形式被回收利用,产生的液体产品中硫元素和氮元素的含量比一般的石油产品更低,是一种洁净燃料。因此煤炭液化技术是一种环境友好的先进煤清洁利用技术。因煤的直接液化过程主要采用加氢手段,故其关键环节在于氢气的高效利用以及加氢量的控制。
氢能是一种可再生能源,也是一种清洁能源载体,氢在催化氧化或直接燃烧后的产物是液态水或水蒸气,相对于煤、石油、天然气等传统能源载体而言,氢具有来源丰富、绿色环保、质量轻、储存方式与利用形式多样等特点。但是氢与氧气混合后容易发生危险,因此氢的安全性备受人们关注,如何安全高效地制氢和储氢是一个急需解决的重要课题。
烃蜡是由一氧化碳和氢气反应合成的合成烃,由Fischer和Tropsch发现,因此又称FT蜡。烃蜡是一种长链脂肪烃,其侧链较少,不含有硫、氮、芳烃等,其化学性质稳定,本身不易燃,在受到微波辐射后能够释放氢气,因此,可以作为一种优秀的储氢介质,且释氢过程容易控制,可以作为煤液化的供氢系统。
本发明利用烃蜡作为中介体将制氢、储氢与煤炭液化技术相结合,从而实现高效产氢、储氢以及煤的清洁利用。
发明内容
为了克服上述现有的技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统及方法,安全高效地制氢,并利用氢气辅助完成煤的液化,实现煤的清洁利用,降低煤炭直接利用过程中SOx和NOx的排放,减少煤炭对环境的污染。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统,包括烃蜡制备系统1和微波发生系统2,与烃蜡制备系统1和微波发生系统2连接的其内配有催化剂的微波辐射烃蜡装置3,连接在微波辐射烃蜡装置3的烷烃和烯烃出口的C1~C4收集装置4,连接在微波辐射烃蜡装置3的氢气出口的H2存储装置5,还包括煤粉发生装置6,连接在C1~C4收集装置4和煤粉发生装置6出口的煤浆制备装置7,连接在煤浆制备装置7出口的煤液化反应器8,连接在H2存储装置5出口的煤液化反应器8、加氢稳定反应器9和加氢改质反应器10,煤液化反应器8、加氢稳定反应器9和加氢改质反应器10依次连接后,再连接蒸馏分离装置11,还包括分别连接在蒸馏分离装置11的石脑油出口、航油出口和柴油出口的储石脑油装置12、储航油装置13和储柴油装置14。
所述H2存储装置5与煤液化反应器8、加氢稳定反应器9和加氢改质反应器10之间分别设置有氢气循环调配装置,用以将H2循环利用。
所述微波发生系统2和微波辐射烃蜡装置3之间设置有调控微波发生量和辐射强度以控制氢气析出量及析出速率的调控系统。
所述微波辐射烃蜡装置3配备的催化剂为活性金属(第VIII族过渡金属)、氧化物载体或结构助剂(Si2O3,Al2O3等)、碱金属氧化物助剂或贵金属助剂(Ru,Re,Cu等)。
所述的系统微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的方法,包括以下步骤:
(1)所述烃蜡制备系统1通过费托合成方法制备烃蜡;主要是通过费托合成方法在催化剂的作用下将CO和H2合成除甲烷外,选择性地合成只有高分子蜡烃;费托合成产物碳数分布服从Schulz-Flory定律;利用微波发生系统2发生微波辐射,并通过调控系统在微波辐射烃蜡装置3中辐射至烃蜡表面,发生化学反应生成烷烃、烯烃有机物和氢气;
(2)将步骤(1)获得的烷烃、烯烃有机物和氢气分别用C1~C4收集装置4和H2存储装置5收集起来;
(3)将步骤(2)收集的烷烃、烯烃有机物与煤粉发生装置6制备的煤粉混合,共同通入煤浆制备装置7中制备煤浆;
(4)将步骤(3)制备的煤浆与步骤(2)收集的氢气或循环再利用的氢气共同通入煤液化反应器8中,发生煤液化反应;
(5)将步骤(4)的煤液化反应产物与步骤(2)收集的氢气或循环再利用的氢气共同通入加氢稳定反应器9中,发生稳定反应,制备出供氢溶剂,同时对液化馏分进行加氢稳定,提高氧化安定性,为后续装置提供性质稳定的原料;
(6)将步骤(5)的稳定反应产物供氢溶剂与步骤(2)收集的氢气或循环再利用的氢气共同通入加氢改质反应器10中,发生改质反应,进一步裂解生成新的自由基;
(7)将步骤(6)的改质反应产物通入蒸馏分离装置11中,蒸馏并分离出石脑油、航油和柴油;
(8)将步骤(7)的石脑油、航油和柴油分别通入储石脑油装置12、储航油装置13、储柴油装置14中,达成煤的高效清洁利用目标。
本发明将微波辅助分解烃蜡析氢利用在煤液化技术上,采用这种方法具有以下突出的优点:
(1)利用微波辐射辅助分解烃蜡,能够通过控制微波辐射的起止时间和辐射强度达到控制氢气析出量的效果,这种方式易于操作,便于控制,系统反应速度快,能根据煤液化反应的需求,及时快速地提供必要的氢气和烷烃、烯烃等原料。
(2)利用微波辐射辅助分解烃蜡,能够实现氢气的随用随制备,烃蜡作为一种储氢物质,具有稳定、不易燃、对环境无污染等特点,一方面提升了储氢的安全性,另一方面,解决了氢气长距离运输的困难,将气体运输转化为固体运输,方便实用。
(3)利用微波辐射辅助分解烃蜡,反应过程简单,直接从烃蜡固体中析出氢气,缩短了析氢反应链,提升了析氢效率,降低了生产能耗。
(4)利用微波辐射辅助分解烃蜡,反应系统简单,不需要配制类似于电解制氢过程中的电解液,避免了较酸或较碱的反应环境。
(5)利用微波辐射辅助分解烃蜡,产物为C1~C4有机物和氢气,反应产物可在煤的液化过程中被全数利用,不会产生废液、废渣、废气等污染物。
附图说明
图1为本发明微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统与方法的流程图。
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
具体实施方式
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。
如附图所示,利用烃蜡制备系统1制备烃蜡,主要是通过费托合成方法在催化剂的作用下将CO和H2合成除甲烷外,选择性地合成只有高分子蜡烃;利用微波发生系统2发生微波辐射,并通过调控系统在微波辐射烃蜡装置3中辐射至烃蜡表面,发生化学反应生成烷烃、烯烃等有机物和氢气,其中调控系统可以调控微波的发生量和辐射强度,以此控制氢气析出量及析出速率;微波辐射烃蜡装置3中装有15%Zr-Co/AC催化剂。利用C1~C4收集装置4收集产生的烷烃、烯烃等有机物;利用H2存储装置5收集产生的氢气;将收集到的烷烃、烯烃等有机物与煤粉发生装置6制备的煤粉混合,共同通入煤浆制备装置7中,制备煤浆;将制备好的煤浆和生成的氢气(或循环再利用的氢气)共同通入煤液化反应器8中,发生煤液化反应;将煤液化反应产物和生成的氢气(或循环再利用的氢气)共同通入加氢稳定反应器9中,发生稳定反应;将稳定反应产物和生成的氢气(或循环再利用的氢气)共同通入加氢改质反应器10中,发生改质反应;所述H2存储装置5与煤液化反应器8、加氢稳定反应器9和加氢改质反应器10之间分别设置有氢气循环调配装置,未反应完全的氢气可以反复通入系统中参与反应。将改质反应的产物通入蒸馏分离装置11中,蒸馏并分离出石脑油、航油、柴油等各项产物;将产物分别通入储石脑油装置12、储航油装置13、储柴油装置14等装置中,达成煤的高效清洁利用目标。
本发明系统用于煤液化的方法是利用微波辐射辅助分解烃蜡析氢,然后利用氢和分解产生的其他有机物作为煤液化的原料。这将提升析氢反应的可控性,提升析氢效率,高效环保,同时有助于煤的清洁利用,降低煤炭能源消费对环境的污染。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述,仅为本发明部分具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统,其特征在于:包括烃蜡制备系统(1)和微波发生系统(2),与烃蜡制备系统(1)和微波发生系统(2)连接的其内配有催化剂的微波辐射烃蜡装置(3),连接在微波辐射烃蜡装置(3)的烷烃和烯烃出口的C1~C4收集装置(4),连接在微波辐射烃蜡装置(3)的氢气出口的H2存储装置(5),还包括煤粉发生装置(6),连接在C1~C4收集装置(4)和煤粉发生装置(6)出口的煤浆制备装置(7),连接在煤浆制备装置(7)出口的煤液化反应器(8),连接在H2存储装置(5)出口的煤液化反应器(8)、加氢稳定反应器(9)和加氢改质反应器(10),煤液化反应器(8)、加氢稳定反应器(9)和加氢改质反应器(10)依次连接后,再连接蒸馏分离装置(11),还包括分别连接在蒸馏分离装置(11)的石脑油出口、航油出口和柴油出口的储石脑油装置(12)、储航油装置(13)和储柴油装置(14)。
2.根据权利要求1所述的微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统,其特征在于:所述H2存储装置(5)与煤液化反应器(8)、加氢稳定反应器(9)和加氢改质反应器(10)之间分别设置有氢气循环调配装置,用以将H2循环利用。
3.根据权利要求1所述的微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统,其特征在于:所述微波发生系统(2)和微波辐射烃蜡装置(3)之间设置有调控微波发生量和辐射强度以控制氢气析出量及析出速率的调控系统。
4.根据权利要求1所述的微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的系统,其特征在于:所述微波辐射烃蜡装置(3)配备的催化剂为活性金属、氧化物载体或结构助剂、碱金属氧化物助剂或贵金属助剂。
5.权利要求1至4任一项所述的系统微波辅助分解烃蜡析氢用于煤液化的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)所述烃蜡制备系统(1)通过费托合成方法制备烃蜡;主要是通过费托合成方法在催化剂的作用下将CO和H2合成除甲烷外,选择性地合成只有高分子蜡烃;费托合成产物碳数分布服从Schulz-Flory定律;利用微波发生系统(2)发生微波辐射,并通过调控系统在微波辐射烃蜡装置(3)中辐射至烃蜡表面,发生化学反应生成烷烃、烯烃有机物和氢气;
(2)将步骤(1)获得的烷烃、烯烃有机物和氢气分别用C1~C4收集装置(4)和H2存储装置5收集起来;
(3)将步骤(2)收集的烷烃、烯烃有机物与煤粉发生装置(6)制备的煤粉混合,共同通入煤浆制备装置(7)中制备煤浆;
(4)将步骤(3)制备的煤浆与步骤(2)收集的氢气或循环再利用的氢气共同通入煤液化反应器(8)中,发生煤液化反应;
(5)将步骤(4)的煤液化反应产物与步骤(2)收集的氢气或循环再利用的氢气共同通入加氢稳定反应器(9)中,发生稳定反应,制备出供氢溶剂,同时对液化馏分进行加氢稳定,提高氧化安定性,为后续装置提供性质稳定的原料;
(6)将步骤(5)的稳定反应产物供氢溶剂与步骤(2)收集的氢气或循环再利用的氢气共同通入加氢改质反应器(10)中,发生改质反应,进一步裂解生成新的自由基;
(7)将步骤(6)的改质反应产物通入蒸馏分离装置(11)中,蒸馏并分离出石脑油、航油和柴油;
(8)将步骤(7)的石脑油、航油和柴油分别通入储石脑油装置(12)、储航油装置(13)、储柴油装置(14)中,达成煤的高效清洁利用目标。
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