[發明專利]纖維素生物質煤化工燃料生產工藝

有效

• 申請號: 200710084896.6
• 申請日: 2007-02-16
• 公開（公告）號: CN101144021A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 葉紅平;孫萌;朱作霖
• 申請（專利權）人: 淮北中潤生物能源技術開發有限公司
• 主分類號: C10B53/00
• 分類號: C10B53/00;C10L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種全新的使用纖維素生物質為原材料和煤炭共同氣化制備合成氣(synthesis?gas?or?syngas)以及進一步制備液體燃料的的生產工藝。

背景技術

本世紀初，石油能源已走進其可供應量的峰值，2005年06月29日正式發布的《BP世界能源統計2005》的數據顯示：以目前的開采速度計算，全球石油儲量可供開采使用40多年，而天然氣和煤炭則分別可以供應約67和164年。在人類社會的現有科技條件下，液體燃料在相當長的時期內是不可取代的，人類社會面臨生存和發展歷史中最重大的轉折關頭。同時由于大量來自化石能源的溫室效應氣體二氧化碳造成了全球變暖，已被公認為是最近這幾年全球災難性天氣現象的元兇。為確保人類的生存與可持續發展，開發利用可再生形式的能源極其重要。

雖然發酵法生物質燃料乙醇正在全面進入液體燃料領域，但是兩個條件限制了它的應用。一是淀粉燃料乙醇所用的原料和人類爭糧食，二是纖維素生產燃料乙醇的成本現在還遠高于淀粉燃料乙醇，雖然我們發明了能在常溫常壓下對纖維素生物質進行快速預處理的技術和相應的全新生產工藝(PCT/CN2006/000120)，發酵法纖維素燃料乙醇的成本可能大幅下降，但是受到現有條件的限制，發酵法纖維素燃料乙醇的成本能夠達到的水平只是和發酵法淀粉燃料乙醇持平。

而另一方面，現有的使用合成氣制備燃料甲醇的生產工藝相對而言比較成熟，煤炭間接液化制備的甲醇，其生產成本不到燃料乙醇的三分之一，而單位重量的甲醇燃燒值是燃料乙醇的76.5％，并且燃料甲醇對發動機的腐蝕性應當能夠輕易地解決，所以發展燃料甲醇很具競爭力。但是其不足之處在于，煤炭直接液化制備液體燃料的生產條件苛刻，且僅有很少的煤種能夠用于直接液化，因此通常采用從煤炭間接液化制備甲醇的工藝。再者，我們剛剛研發成功纖維素生物質制備飽和烷烴(柴油和汽油)的生產工藝，這項生產工藝離商業化大規模生產還有較長的一段路要走；所以，不遠的將來，從纖維素生物質、煤炭、和天然氣制備的燃料甲醇、乙醇及其衍生物將成為液體燃料的主體，這是不可避免的發展趨勢現狀。

現在，從煤炭出發間接液化制備甲醇的生產工藝主要包括兩大步，第一步是煤炭的氣化制備合成氣，第二步是合成氣在催化劑的作用下生成甲醇。比較成熟的煤炭氣化生產工藝主要是兩種，一種是煤粉固體進料氣化，一種是水煤漿液體進料氣化。水煤漿液體進料氣化的操作流程易于均質，可靠性高，且更易于在高壓條件下氣化以增加合成氣產率，一般較多采用水煤漿液體進料氣化，也有采用煤粉固體進料氣化的生產廠家。但是煤炭間接液化制備甲醇的生產工藝也還有許多方面需要進一步改善。其缺點在于：

首先，對應于合成甲醇的合成氣的組分構成要求(氫氣∶一氧化碳＝2∶1)，絕大多數煤種產出的合成氣都遠達不到這個要求，煤炭基本都是富碳少氫。原來常用的解決辦法：一是另外單建獨立生產線，使用煤炭單獨制氫來補充，二是氣化流程中另外建一個將一氧化碳轉化為氫氣(即一氧化碳和水反應生成二氧化碳和氫氣)的轉化爐，這兩種解決辦法一是增加了生產成本，二是生產工藝更加復雜，三是增加了水和煤炭的用量，而未來水也會愈來愈緊張。有些煤種對于氣化更是困難，如中國華東地區的煤炭，它們不僅富碳少氫，還存在著灰份含量大，灰熔點過高(1500℃甚至于以上)等其它問題。

其次，除了上述不足之處以外，許多煤種采用煤炭間接液化制備甲醇還存在能耗過大的問題。煤炭的氣化過程一般希望采用液體排渣，下出式液體排渣易于操作。液體排渣爐的最佳操作溫度一般為高于灰熔點30-50℃。在灰熔點高于1500℃甚至于以上時，最佳煤炭氣化操作溫度一般最少約需要為1550℃，這個溫度使煤炭氣化反應步驟的能耗迅速增加，反應體系內的氫氣和碳反應生成甲烷與乙烷的速度加快，單位有效氣體產率降低。并且由于操作溫度高于1400℃時，溫度每升高20℃，耐火磚的熔蝕速度增加一倍，在操作溫度1550℃時，耐火磚的熔蝕很快，需要更頻繁地更換耐火磚，大大地增加了生產成本。傳統的解決辦法是添加氧化鈣(碳酸鈣)、或者氧化鐵、或者氧化鎂(碳酸鎂)等來降低灰熔點，但是這種方法使得氣化反應步驟的灰分產量明顯增加，因為加入的氧化鈣的量一般為灰分總量的百分之20-25％，使用碳酸鈉或者碳酸鉀的成本太高。而灰分含量每增加1％，氧耗約則增加0.8％，煤耗則增加約1.5％，生產成本進一步升高，單位產率更低，添加氧化鈣助熔劑還導致黑水處理及換熱系統結垢嚴重，整體生產成本增幅很大。