[发明专利]具有整合的产物加氢处理和催化剂级联的直接煤液化

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及煤液化，特别涉及用于制备高质量、低沸点烃液体产物的分阶段催化性煤氢化和液化过程。

2.现有技术描述

将煤转化为液态燃料的两种主要途径称为直接和间接煤液化。直接煤液化(“DCL”)使煤在溶剂中与氢在高温和高压下反应以制备液态燃料。DCL首先在1913年由Bergius博士在德国开发，1927-1945年在德国商业使用。但是，在第二次世界大战后，可广泛地获得合理价格的原油，所以商业煤液化在商业上不具有吸引力。因此，当今销售的液态燃料很少用煤液化过程制备。

间接煤液化(“ICL”)包括首先使煤气化以产生主要含有一氧化碳和氢的合成气，然后将气体在化学上加工成多种燃料。

当利用ICL期望柴油和汽油类型进料时，优选使用费-托过程。德国在1920-1940年代和南非从1950年代开始，ICL技术已商业应用。但是在商业上证明，ICL技术非常复杂、资本密集，且具有低的热效率。

1970年代和1980年代，由于经历了石油短缺和高油价，在美国和全世界对直接煤液化进行了广泛的研究和开发。目的是用煤生产运输燃料以减少石油进口。美国能源部提供金融和技术支持以证明两种大规模技术(200吨/天煤进料)。供氢溶剂法(Exxon Donor Solvent)(“EDS”)技术在800-840°F(427-449℃)温度和2500-3000psia(172-207bars)压力下用氢和供氢溶剂使煤液化。在温和条件下在加氢处理催化剂(典型地是镍-钼/氧化铝)固定床上对过程产生的，在400-700°F(204-371℃)沸腾的馏出物煤液体加氢处理，作为煤浆油再循环。用伊利诺伊6号(Illinois No.6)煤，在2年证明计划过程中在无干粉(“DAF”)煤上获得超过40w％的液体收率。

另外，H-煤过程由Hydrocarbon Research，Inc.发明，综合描述于美国专利号3,519,553和3,791,959。H-煤过程使用具有加氢转化催化剂的单流化床反应器将煤转化为液体燃料。成品油(400°F+，即204℃+))用于使煤浆化用于进料至反应器。煤液化在800-875°F(427-468℃)温度和1500-2500psia(103-172bars)氢分压下发生。使用伊利诺伊6号煤，在Catlettsburg，Kentucky中试工厂中以每天200吨H-煤在多年证明计划过程中在DAF煤上获得大于50w％的液体收率。DCL技术证明商业迅速，但是，没有开始商业项目，因为油价下降和石油供应增加。

在1980年代和1990年代继续较小规模的研究以改善DCL技术和减小投资和操作成本。催化性两阶段液化法(CTSL)由HydrocarbonResearch，Inc.发明，如描述于美国专利号4,842,719、4,874,506和4,879,021，以实质上增加从煤至馏出液的收率。对于伊利诺伊6号烟煤，液体收率从单阶段H-煤过程的每吨MAF煤3桶增至CTSL过程的每吨MAF煤约5桶。这通过在温和条件下溶解煤进料同时在600-800°F(316-427℃)温度，1500-2500psia(103-172bars)氢分压在氢化催化剂的存在下将煤再循环溶剂和产生的煤液体氢化而实现。

然后将煤进料至具有加氢转化催化剂，在约800-850°F(427-454℃)的较高温度和类似压力(1500-2500psia，即103-172bars)操作的直接连接的第二阶段反应器，以实现最大煤转化和高馏出液收率。用于单阶段和两阶段过程的氢化催化剂在这些反应器条件下失活，因为焦炭以及来自煤进料的可溶性金属(如果存在的话)的沉积。催化剂昂贵，因此其在流化床反应器中的更换很大程度上贡献于生产的煤液体的高成本。

认识到这个问题，美国专利号3,679,573(Johnson)，公开催化性两阶段煤液化过程，其中从第二阶段反应器取出使用的催化剂，然后在大致相同的反应器条件下再循环至第一阶段反应器内。这种从第二反应器至第一反应器的所谓催化剂级联(cascade)与煤进料流方向相反移动，并减小获得恒定液体产物收率和质量需要的催化剂加入量。

意外地且与现有技术相反，得知在CTSL过程中当第一阶段反应器维持低于第二阶段反应器至少25°F时，沉积在第一阶段催化剂上的焦炭实质上低于第二阶段催化剂上。而且，第一阶段催化剂活性实质上高于第二阶段催化剂。