新能源战略—煤直接液化工艺
煤直接液化概述
4.煤直接液化工业化
21世纪
神华煤直接液化项目
4.煤直接液化工业化
中国
神华煤直接 液化工艺
500万
2018~至今
——
——
>60
5.煤直接液化前景
[1]韩来喜.煤直接液化工业示范装置运行情况及前景 分析[J].石油炼制与化工,2011,42(08):47-51.
5.煤直接液化前景
谢 谢
煤直接液化（DCL）
汇报人：xie
化工学院
主要内容
1.煤-石油化学基础 2.煤直接液化基本原理
3.煤直接液化工艺 4.煤直接液化工业化 5.煤直接液化前景
1.煤-石油化学基础
原因：①我国总的能源特征是“富煤、贫油、少气”，
煤炭在我国石化能源总储量中居于首位，高达90%， 而石油和天然气储量总共不到10%。②促进煤炭产业 转型，实现煤炭清洁高效利用。
3.煤直接液化工艺
4 个主要工艺单元:
① 煤浆制备单元。将煤破碎至 0. 15 mm 以下，与溶剂、催
化剂制备成均匀的油煤浆。
② 反应单元。高温高压条件下在反应器内进行煤直接加氢反 应生成液体物。 ③ 分离单元。分离出加氢液化反应生成的气体、液化油和固 体残渣。
④ 提质加工单元。对液化油进行加氢精制，进行芳环饱和和
煤：高等植物在泥炭沼泽中持续生长和死亡，其残
骸不断堆积，经过长期而复杂的生物化学和物理化
学作用，逐步演化成泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。 由植物转化为煤要经历复杂而漫长的过程。一般需 要几千万年到几亿年的时间，整个成煤作用过程可 分为两个阶段，即由植物残骸转变为泥炭的泥炭化 作用阶段和泥炭转变为褐煤，烟煤，无烟煤的煤化 作用阶段。
2.煤直接液化基本原理
煤炭液化技术
煤炭液化定义
煤炭液化技术是把固体煤炭通 过化学加工过程，使其转化成 为液体燃料、化工原料和产品 的先进洁净煤技术。
煤炭液化技术简介
煤直接液化技术是由德国人于1913年发现的。德国煤炭直 接液化工厂的油品生产能力已达到423万吨/年。二战后， 中东地区大量廉价石油的开发，煤炭直接液化工厂失去竞 争力并关闭。 70年代初期，由于世界范围内的石油危机，煤炭液化技术 又开始活跃起来。日本、德国、美国等工业发达国家，在 原有基础上相继研究开发出一批煤炭直接液化新工艺。目 前世界上有代表性的直接液化工艺是日本的NEDOL工艺、 德国的IGOR工艺和美国的HTI工艺。
煤炭液化技术分类
1.煤炭直接液化工艺 2.煤炭间接液化工艺
直接液化
直接液化是在高温（400℃以上）、高压 （10MPa以上），在催化剂和溶剂作用下使 煤的分子进行裂解加氢，直接转化成液体 燃料，再进一步加工精制成汽油、柴油等
燃料油，又称加氢液化。源自直接液化流程图间接液化
间接液化技术是先将煤全部气 化成合成气，然后以煤基合成 气（一氧化碳和氢气）为原料， 在一定温度和压力下，将其催 化合成为烃类燃料油及化工原 料和产品的工艺，包括煤炭气 化制取合成气、气体净化与交 换、催化合成烃类产品以及产 品分离和改制加工等过程。
间接液化流程图
煤炭液化是解决中国多煤、少油、缺气能源国情的 重要途径，而煤液化多联产技术是煤液化的发展模 式，是提高能源利用率的重要途径，是发展煤炭循 环经济的重要措施，我们应给予充分的肯定与重视。
煤直接液化工艺流程
煤直接液化工艺流程煤直接液化是一种将煤转化为液态燃料的工艺，它可以将煤储量丰富的国家利用起来，减少对传统石油资源的依赖。
下面我将介绍一下煤直接液化的工艺流程。
首先，原料煤经过预处理后进入气化炉。
预处理主要包括煤的破碎、干燥和脱硫等工序，以确保煤的质量和适应气化反应的要求。
在气化炉中，煤与氧气或气化剂在高温和高压的条件下进行反应，产生一氧化碳和氢气等合成气体。
气化反应一般使用固定床气化炉或流化床气化炉。
接下来，合成气通过除尘和净化设备去除其中的灰分、硫化物等杂质，以保证后续反应的正常进行。
然后，合成气进入催化剂床层，在催化剂的作用下，气体中的一氧化碳和氢气进行合成反应，生成一系列的液态燃料。
在液化工艺中，通常采用多段式催化反应器，以提高反应的效率和产物的品质。
每个催化反应器都有自己的催化剂床层，通过恰当的控制温度、压力和催化剂的投料速度等参数，可以使合成气充分转化为液态燃料。
生成的液态燃料主要包括石脑油、汽车汽油、柴油和重油等。
在液化的过程中，会产生一些气态副产品，如氮气、二氧化碳等，这些副产品可以进行回收利用，降低环境污染。
最后，通过分离和精制，把液态燃料中的杂质、重油等分离出来，得到纯净的燃料产品。
精制过程中，常用的方法包括蒸馏、萃取和脱硫等，以提高燃料的质量和满足市场需求。
总结一下，煤直接液化工艺流程主要包括煤的预处理、气化反应、合成气净化、催化反应、分离和精制等环节。
通过合理的操作参数和催化剂的选择，可以高效地将煤转化为液态燃料，为国家能源发展提供了一种可行且可持续的路径。
同时，煤直接液化工艺也需要进一步的研究和改进，以提高工艺的经济性和环境友好性。
煤直接液化工艺流程
煤直接液化工艺流程煤直接液化，煤液化方法之一。
将煤在氢气和催化剂作用下通过加氢裂化转变为液体燃料的过程。
因过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。
详情如下：一、埃克森供氢溶剂法简称EDS法,为美国埃克森研究和工程公司1976年开发的技术。
原理是借助供氢溶剂的作用，在一定温度和压力下将煤加氢液化成液体燃料。
建有日处理250t煤的半工业试验装置。
其工艺流程主要包括原料混合、加氢液化和产物分离几个部分（图1）。
首先将煤、循环溶剂和供氢溶剂（即加氢后的循环溶剂）制成煤浆，与氢气混合后进入反应器。
反应温度425～450℃，压力10～14MPa,停留时间30～100min。
反应产物经蒸馏分离后，残油一部分作为溶剂直接进入混合器，另一部分在另一个反应器进行催化加氢以提高供氢能力。
溶剂和煤浆分别在两个反应器加氢是EDS法的特点。
在上述条件下,气态烃和油品总产率为50%～70%(对原料煤),其余为釜底残油。
气态烃和油品中C1～C4约占22%,石脑油约占37%，中油(180～340℃)约占37%。
石脑油可用作催化重整原料，或加氢处理后作为汽油调合组分。
中油可作为燃料油使用，用于车用柴油机时需进行加氢处理以减少芳烃含量。
减压残油通过加氢裂化可得到中油和轻油。
埃克森供氢溶剂法流程图二、溶剂精炼煤法简称SRC法,是将煤用溶剂制成浆液送入反应器，在高温和氢压下，裂解或解聚成较小的分子。
此法首先由美国斯潘塞化学公司于60年代开发，继而由海湾石油公司的子公司匹兹堡－米德韦煤矿公司进行研究试验，建有日处理煤50t的半工业试验装置。
按加氢深度的不同，分为SRC－Ⅰ和SRC－Ⅱ两种。
SRC-Ⅰ法（图2）以生产固体、低硫、无灰的溶剂精炼煤为主，用作锅炉燃料，也可作为炼焦配煤的黏合剂、炼铝工业的阳极焦、生产碳素材料的原料或进一步加氢裂化生产液体燃料。
近年来，此法较受产业界重视。
SRC-Ⅱ法用于生产液体燃料，但因当今石油价格下降以及财政困难，开发工作处于停顿状态。
煤炭液化的工艺
煤炭液化的工艺煤的液化是先进的洁净煤技术和煤转化技术之一，是用煤为原料以制取液体烃类为主要产品的技术。
煤掖化分为“煤的直接液化”和“煤的间接液化”两大类。
煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。
裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。
因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。
煤的间接液化是以煤基合成气(CO+ 2H )为原料，在一定的温度和压力下，定向催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺，包括煤气化制取合成气及其净化、变换、催化合成以及产品分离和改质加工等过程。
通过煤炭液化，不仅可以生产汽油、柴油、LPG(液化石油气)、喷气燃料，还可以提取BTX(苯、甲苯、二甲苯)，也可以生产制造各种烯烃及含氧有机化合物。
煤炭液化可以加工高硫煤，硫是煤直接液化的助催化剂，煤中硫在气化和液化过程中转化成硫化氢再经分解可以得到元素硫产品。
2.1直接液化的基本原理2.1.1 反应机理大量研究证明，煤在一定温度、压力下的加氢液化过程基本分为三大步骤，首先，当温度升至300℃以上时，煤受热分解，即煤的大分子结构中较弱的桥键开始断裂，打碎了煤的分子结构，从而产生大量的以结构单元分子为基体的自由基碎片，自由基的相对分子质量在数百范围。
第二步，在具有供氢能力的溶剂环境和较高氢气压力的条件下，自由基被加氢得到稳定，成为沥青烯及液化油的分子。
能与自由基结合的氢并非是分子氢，而应是氢自由基，即氢原子，或者是活化氢分子，氢原子或活化氢分子的来源有:①煤分子中碳氢键断裂产生的氢自由基;②供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基;③氢气中的氢分子被催化剂活化;④化学反应放出的氢，如系统中供给(2CO+H O )，可发生变换反应(222CO+H O CO +H )放出氢。
当外界提供的活性氢不足时，自由基碎片可发生缩聚反应和高温下的脱氢反应，最后生成固半焦或焦炭。
第三步，沥青烯及液化油分子被继续加氢裂化生成更小的分子。
煤炭直接液化技术总结
洁净煤技术——直接液化技术一、德国IGOR工艺1981年，德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进，建成日处理煤200吨的半工业试验装置，操作压力由原来的70兆帕降至30兆帕，反应温度450～480摄氏度；固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法，将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油产率可达50％。
原理图：IGOR直接液化法工艺流程工艺流程：煤与循环溶剂、催化剂、氢气依次进入煤浆预热器和煤浆反应器，反应后的物料进入高温分流器，由高温分流器下部减压阀排出的重质物料经减压闪蒸，分出残渣和闪蒸油，闪蒸油又通过高压泵打入系统，与高温分离器分出的气体及清油一起进入第一固定床反应器，在此进一步加氢后进入分离器。
中温分离器分出的重质油作为循环溶剂，气体和轻质油气进入第二固定床反应器再次加氢，通过低温分离器分离出提质后的轻质油品，气体经循环氢压机压缩后循环使用。
为了使循环气体中的氢气浓度保持在所需的水平，要补充一定数量的新鲜氢气。
液化油经两步催化加氢，已完成提质加工过程。
油中的氮和硫含量可降低到10－5数量级。
此产品经直接蒸馏可得到直馏汽油和柴油，再经重整就可获得高辛烷值汽油。
柴油只需加少量添加剂即可得到合格产品。
与其他煤的直接液化工艺相比，IGOR工艺的煤处理能力最大，煤液化反应器的空速为0. 36～0. 50 t /( m3·h)。
在反应器相同的条件下，IGOR工艺的生产能力可比其他煤液化工艺高出50%～100%。
由于煤液化粗油的提质加工与煤的液化集为一体，IGOR煤液化工艺产出的煤液化油不仅收率高，而且油品质量好。
工艺特点：把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化串联在一套高压系统中，避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失，并在固定床催化剂上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的损失量降到最小。
投资可节约20％左右，并提高了能量效率。
反应条件苛刻（温度470℃，压力30MPa)；催化剂使用铝工业的废渣（赤泥）；液化反应和加氢精制在高压下进行，可一次得到杂原子含量极低的液化精制油；循环溶剂是加氢油，供氢性能好，液化转化率高。
煤直接液化工艺
煤直接液化工艺
煤直接液化工艺是指以煤作为原料，实现煤直接液化的工艺过程，常用于煤炭液化及
后处理。
该工艺可实现对煤中的喹啉、醛、酮等有毒物质的有效去除，最终获得质优的液
体产品。
煤直接液化工艺的原理是通过液化空气（空气和氧气的混合物），将煤实现液化和加
氢催化，使煤中的烯烃和烷烃发生溶解的反应。
反应在450~550℃的高温下进行，需要催
化剂的参与，同时，也会产生大量的水蒸汽，湿气和氢气。
可以根据不同的操作参数，得
到不同质量和性能的液化产物。
煤直接液化工艺具有节约资源、减少污染、提高煤品质等优点，从而被广泛应用于煤
制热力发电等领域。
在热力发电时，煤直接液化技术可以减少煤制热力发电成本，通过改
变煤中的组成，提高发电效率，并减少产生的有害气体的排放量。
此外，煤直接液化还可以提高燃烧室、燃料比例等技术性能，从而为液化发动机技术
提供技术支持。
这种工艺也可以用于替代传统的石油液化，有效补充能源，延长等候时间，并可能有助于减少碳排放。
除了优势，煤直接液化工艺也存在一些工艺方面的挑战。
首先，煤中的污染往往会破
坏催化剂的活性，降低活性剂的利用率。
其次，煤的液化过程中需要占用高电压的设备设施，增加设备投资成本。
综上所述，煤直接液化工艺对于资源利用和环境保护仍有巨大潜力，在研究和技术改进方面仍需要充分发挥。
煤直接液化技术
煤液化技术的机遇
虽然我国对核能、太阳能、风能等新能源增
大了开发力度，但是来占主导的核聚变能和 太阳能技术远未成熟。即使到2020年全部实 现核能计划，核能的发电能力也不足我国发 电能力的5%，太阳能、风能因技术和难以普 及使用且投资昂贵等问题，短期内的大规模 利用也不现实。因此，煤液化技术将是我国 现阶段和未来能源开发的重点内容之一。
1973、1979 两次世界石油危机 → DCL研究蓬勃发展 美国、德国、英国、日本、前苏联、…
多种工艺、实验室－数百吨/天
德国－IGOR（1981，200 t/d） 美国－SRC（50 t/d） EDS（1986，250 t/d） H-Coal（600 t/d）
苏联－低压加氢（1983，5 t/d）
15 万吨/年 中国抚顺（1942，连续运行1000 h，未能正式投产）
法国、意大利、朝鲜、…
1950s 苏联 11套直接液化厂（运行7年） 110万吨/年
德国技术和设备：70 MPa，450－500 oC，铁催化剂
高晋生、张德祥《煤液化技术》化学工业出版社，北京，2005
煤直接液化的历史
1950 廉价的中东石油 → DCL生产和研发停止
煤炭直接液化
煤直接液化的历史
1913
1927
德国Bergius发明了煤高温高压加氢液化的方法
（Nobel Prize 1931） 德国Leuna建成了世界上第一座直接液化厂 10万吨/年
1936-1944 万吨/年
9套间接液化厂 60 万吨/年
煤液化面临的挑战-投资风险挑战
另外，煤液化投资项目属于资本密集型投资，
神华集团在内蒙古鄂尔多斯的煤直接液化和宁 东梅间接液化示范工程投资均在300亿左右， 兖矿集团在陕西榆林的间接液化示范工程投资 也在600亿元以上。 我国各地煤液化项目总投资预计超过2000亿元， 对于如此大规模的风险投资项目，相关企业和 国家有关部门要对投资建设过程中可能遇到的 风险及其合理的应对措施进行充分的评估。
【知识】煤炭液化工艺
煤制油关键技术：煤炭液化2014-03-01化化网煤化工煤炭液化是把固态状态的煤炭通过化学加工，使其转化为液体产品（液态烃类燃料，如汽油、柴油等产品或化工原料）的技术。
煤炭通过液化可将硫等有害元素以及灰分脱除，得到洁净的二次能源，对优化终端能源结构、解决石油短缺、减少环境污染具有重要的战略意义。
煤炭液化是将煤经化学加工转化成洁净的便于运输和使用的液体燃料、化学品或化工原料的一种先进的洁净煤技术。
煤炭液化方法包括直接液化和间接液化。
煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。
裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。
因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。
比较著名的直接液化工艺有：溶剂精炼法（SRC-1、SRC-2)，供氢溶剂法（EDS)、氢煤法(H-Coal )、前苏联可燃物研究所法（NTN)、德国液化新工艺、日澳褐煤液化、煤与渣油联合加工法、英国的溶剂萃取法和日本的溶剂分离法等，它们在工艺和技术上都取得了不同程度的突破。
直接液化是目前可采用的最有效的液化方法。
在合适的条件下，液化油收率超过70%（干燥无矿物质煤）。
如果允许热量损失和其它非煤能量输入的话，现代液化工艺总热效率（即转化成最终产品的输入原料的热值比例，%）一般为60-70%。
煤间接液化间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。
煤炭间接液化技术主要有：南非Sasol公司的F-T合成技术、荷兰Shell 公司的SMDS技术、Mobil公司的MTG合成技术等。
还有一些先进的合成技术，如丹麦TopsФe公司的Tigas法和美国Mobil公司的STG法等。
煤炭液化的可行性主要决定于液化工艺的经济性。
这需要大量的品位低、价格低的煤炭，且石油和天然气缺乏或成本较高。
也就是说，未来石油价格的上涨将引起人们重新对煤炭液化技术的极大兴趣，并可能导致大规模的商业化煤炭液化生产。
煤直接液化工艺
煤直接液化是目前煤生产液体产品中最有效的路线，液体产率 超过70%（以无水无灰基煤计算),工艺总热效率在60~70%
煤生产液体产品
煤基合成甲醇、煤基合成二甲醚，煤直接\间接液化
4.3 煤直接液化工艺分类
是
否
分
步 单段液化工艺 转
化
为
可
改进后的液化工艺
催化两段加氢液化 （CTSL）工艺 HTI工艺 NBCL
煤直接液化工艺
德国煤直接液化老工艺（IG工艺）
两段
糊相加氢
（煤 粗气油和中油）
气相加氢
（粗油、中油 商品油）
制糊
换热300~350oC
<325oC低沸点物和H2
高
温
分
高压反应器
离
器
循 环 气 洗 涤
冷分离器
糊相加氢
预热430~450oC
日本NEDOL工艺
日本NEDOL工艺
工艺特点
反应条件温和 催化剂使用硫化铁和黄铁矿 固液分离采用减压蒸馏 循环溶剂加氢 液化油中含较多杂原子
俄罗斯低压加氢液化工艺
♣采用活性高的钼催化剂，并采用离心溶剂循环和焚烧回收催化剂 ♣煤糊液化反应器压力低，降低成本 ♣采用瞬间涡流仓煤干燥技术 ♣采用半离线固定床催化反应器对液化粗油进行加氢精制
该催化剂较强的异构性能和裂解性能，产物中汽油辛烷值高，但容易 被含N的有机碱、氨和酚类中毒，因此预加氢除去原料油中氧和氮
德国煤直接液化新工艺（IGOR)
气体及轻质油
压力 32.5MPa 温度470oC
赤
重
泥
质
物
料
重油+中油
《煤化工工艺学》__煤的直接液化
虽可实现煤就地液化，不必建井采煤，但还存在许多 技术和经济问题，近期内不可能工业化 。
§7.2 煤加氢液化原理
一、煤和石油的比较
煤和石油同是可燃矿物；有机质都由碳．氢、氧、氮和硫元素构 成，但它们在结构、组成和性质上又有很大差别： 化学组成上，石油的H/C原子比高于煤，而煤中的氧含量显著高
就会彼此结合，这样就达不到降低分子量的目的。多环芳
烃在高温下有自发缩聚成焦的倾向。
在煤加氢液化中结焦反应是不希望发生的。一旦发生，
轻则使催化剂表面积炭，重则使反应器和管道结焦堵塞。
采取以下措施可防止结焦：
•
① 提高系统的氢分压；
•
② 提高供氢溶剂的浓度；
•
③ 反应温度不要太高；
•
④ 降低循环油中沥青烯含量，
（3）高压催化加氢法
如：德国的新老液化工艺和美国的氢煤法。
（4）煤和渣油联合加工法
以渣油为溶剂油与煤一起一次通过反应器，不用循环 油。渣油同时发生加氢裂解转化为轻质油。美国、加 拿大、德国和苏联等各有不同的工艺。
（5）干馏液化法
煤先热解得到焦油，然后对焦油进行加氢裂解和提质 。
（6）地下液化法
为保证催化剂维持一定的活性，在反应中连续抽出约2％的催 化剂进行再生。同时补充足够的新催化剂。
反应产物的分离和IG新工艺相近，即经过热分离器到闪蒸塔4 ，塔顶产物经常压蒸馏塔7分为轻油、中油和重油；塔底产物经旋 流器10，含固体少的淤浆返回系统制煤浆，而含固体多的淤浆经 液固分离器9再进入减压蒸馏塔8进行减压蒸馏。塔底残渣用于气 化和中油与氢气混合后，经热交换器和预 热器，进入3个串联的固定床催化加氢反应器、产物 通过热交换器后进一步冷却分离，分出气体和油， 前者基本作为循环气，后者经蒸馏得到汽油作为主 要产品，塔底残油返回作为加氢原料油。
煤的液化技术与工艺
煤的液化技术与工艺直接液化直接液化工艺旨在向煤的有机结构中加氢，破坏煤结构产生可蒸馏液体。
目前已经开发出多种直接液化工艺，但就基本化学反应而言，它们非常接近，共同特征是：在高温和高压的条件下，在溶剂中将较高比例的煤溶解，然后加入氢气和催化剂进行加氢裂化过程。
直接液化是目前可使用的最有效的液化方式。
在合适的条件下，液体产率超过70%（以干燥、无矿物质煤计）。
如果允许热量损失和其它非煤能量输入的话，采用现代化的液化工艺时总热效率（即转化成最终产品的输入原料的热值比例，%）一般为60～70%。
直接液化工艺的液体产品比热解工艺的产品质量要好得多，可以不与其它产品混合直接用作大部分固定式燃料。
但是，直接液化产品在被直接用作运输燃料之前需要进行提质加工，采用标准的石油工业技术，让从液化厂生产出来的产品与石油冶炼厂的原料混合进行处理。
根据煤的溶解步骤是否与溶解后的煤再转化成可蒸馏的液体产品步骤来分，直接液化工艺可被分为以下两类：●单段直接液化工艺该工艺是通过一个主反应器或一系列反应器来生产蒸馏组分的。
这种工艺包括一个合在一起的在线加氢反应器，对原始馏分提质，而不能直接提高总转化率。
●两段直接液化工艺该工艺是通过两个反应器或一系列反应器来生产馏分的。
其中第一段的主要目的是进行煤的溶解，不加催化剂或只加入低活性的可弃催化剂。
第一段生产的重质煤液体在第二段中在高活性催化剂的作用下加氢，生产出馏分。
另外，有些工艺专门设计用于煤和石油衍生油共处理，也可以划到这两种工艺中去。
同样，上述两种液化工艺都可改进用来共处理。
单段液化工艺60年代中后期，煤炭液化技术得到了人们的重视，全部的液化工艺均为单段液化工艺，大部分的液化研究项目也集中在单阶段液化工艺上。
70年代发生了世界范围的石油危机，一些研究人员增加了第二段的研究工作，以提高轻质油的产量。
单段液化工艺主要包括：·Kohleoel液化工艺（德国鲁尔煤炭公司）·NEDOL液化工艺（日本新能源产业技术开发机构）·H-煤液化工艺（美国HRI公司）·Exxon供氢溶剂液化工艺（即EDS工艺，美国Exxon公司）·SRC-I和II液化工艺（美国海湾石油公司）·Imhausen高压液化工艺（德国）·Conoco氯化锌液化工艺（美国Conoco公司）上述大部分液化工艺已经被淘汰，但Kohleoel和NEDOL液化工艺目前仍被广泛采用，开发商准备对这两种液化工艺进行商业性生产。
神华煤直接液化工艺技术特点和优势
神华煤直接液化工艺技术特点和优势神华煤直接液化示范工程采用的煤直接液化工艺技术是在充分消化吸收国外现有煤直接液化工艺的基础上，利用先进工程技术，经过工艺开发创新，依靠自身技术力量，形成了具有自主知识产权的神华煤直接液化工艺神华煤直接液化工艺技术特点1) 采用超细水合氧化铁(FeOOH)作为液化催化剂。
以Fe 2 + 为原料，以部分液化原料煤为载体，制成的超细水合氧化铁，粒径小、催化活性高。
2) 过程溶剂采用催化预加氢的供氢溶剂。
煤液化过程溶剂采用催化预加氢，可以制备45% ～50%流动性好的高浓度油煤浆;较强供氢性能的过程溶剂防止煤浆在预热器加热过程中结焦，供氢溶剂还可以提高煤液化过程的转化率和油收率。
3)强制循环悬浮床反应器。
该类型反应器使得煤液化反应器轴向温度分布均匀，反应温度控制容易;由于强制循环悬浮床反应器气体滞留系数低，反应器液相利用率高;煤液化物料在反应器中有较高的液速，可以有效阻止煤中矿物质和外加催化剂4)减压蒸馏固液分离。
减压蒸馏是一种成熟有效的脱除沥青和固体的分离方法，减压蒸馏的馏出物中几乎不含沥青，是循环溶剂的催化加氢的合格原料，减压蒸馏的残渣含固体50%左右。
5) 循环溶剂和煤液化初级产品采用强制循环悬浮床加氢。
悬浮床反应器较灵活地催化，延长了稳定加氢的操作周期，避免了固定床反应由于催化剂积炭压差增大的风险;经稳定加氢的煤液化初级产品性质稳定，便于加工;与固定床相比，悬浮床操作性更加稳定、操作周期更长、原料适应性更广。
神华示范装置运行结果表明，神华煤直接液化工艺技术先进，是唯一经过工业化规模和长周期运行验证的煤直接液化工艺。
神华煤直接液化工艺技术优势1)单系列处理量大。
由于采用高效煤液化催化剂、全部供氢性循环溶剂以及强制循环的悬浮床反应器，神华煤直接液化工艺单系列处理液化煤量为6000 t/d。
国外大部分煤直接液化采用鼓泡床反应器的煤直接液化工艺，单系列最大处理液化煤量为每天2500 ～3000 t。
《煤直接液化技术》课件
煤直接液化技术的发展历程
1920年
斯图茨公司进行了直接煤液化该技术的最早 研究。
1951年
由Bergius和IG Farben进行研究的另一种煤 直接液化方法被开发出来，它被称为低温液 化或Bergius–Pier的液化法。
1930年
弗朗西斯公司研制成功使用水煤浆实现了煤 直接液化。
1970年
日本三井化学工业公司在桥本芳雄的领导下 发明了独立的、两段式（H-Coal和TCL）的 原油开采技术，它们均运用了煤直接液化技 术。
煤直接液化技术的未来发展趋势
1 技术改进
新技术的开发和改进使煤直接液化技术变得更加可靠，具有越来越多的应用场景。
2 国际煤液化行业的增长
国际煤直接液化行业在未来几年将获得可观的提升，并成为主要的投资领域之一。
3 减少污染
应用液化煤液产生的氨水和酸性废水等废物的污染问题也将得到越来越好的解决方法。
结论和总结
丰富和广泛的资源
煤是一种在世界范围内丰富和 广泛的资源。由于煤直接液化 技术的提升，未来可能会更加 丰富。
煤直接液化的可持续性
煤直接液化技术的大量产生会 使碳排放大幅降低，在一定程 度上改善环境污染。
挑战
煤的供应面临着日益增长的需 求和竞争更加激烈的全球市场。 此外，煤直接液化技术的开发 和商品化仍面临许多挑战。
催化剂
催化剂是将煤直接转化为液态 烃的关键。铁、钼、钴等能够 在煤分子结构中自由移动，重 新组合并转变为液体的过渡元 素被用作催化剂。
精炼过程
在精炼过程中，液相烃会继续 与氢气反应，从而更好地控制 粘度、蒸馏曲线和存在的杂质。
燃料用途
液态煤可以替代石油作为润滑 油、汽油和柴油的原料。它也 是大型液化石油气罐的燃料和 热水和热能的来源。
煤液化工艺技术
概述煤液化技术精酚四班王小轮煤液化技术就是把固体煤通过洗系列的化学加工，转化成液体燃料及其他化工原料的技术（俗称煤制油）。
煤液化技术是煤炭转化的高技术产业，是一种能彻底的高级洁净煤技术，是我国的能源战略储备技术。
煤的液化的方法有煤直接液化，煤间接液化和煤的部分液化三大类。
煤的直接液化也称加氢液化，是在高温，高压。
催化剂和溶剂作用下，煤进行裂解，加氢反应。
从而直接转化为相对分子质量较小的液态烃和化工原料的过程。
由于供氢方法和加氢深度的不同，又有不同的直接液化方法。
其代表工艺有以下七种工艺。
煤直接催化加氢液化工艺：该工艺包括氢气制备，煤浆相制备，加氢液化反应，油品加工等“先并后串”四个步骤。
液化过程中，将煤，催化剂和循环油制成煤浆，与制得的氢气混合进入反应器，在液化反应器内，煤受热分解成自由基，不稳定的自由基在氢气和催化剂存在下，形成相对分子质量较小的初级产物，经过三相分离器，得到气，液，固三相。
气相主要成分是氢，分离后循环返回反应器重新参加反应，液相为轻油，中油等馏分即重油。
液相馏分经提质加工，得到合格的液体产品。
固体为未反应的煤，矿物质和催化剂。
溶剂萃取法：该工艺是将干燥的粉煤与循环油以1:2比例混合，煤浆在10-15MPa压力下，进入高温（430℃）循环烟道气加热炉进行萃取。
萃取器后，反应物压力降至0.8MPa，在150℃下用陶质过滤器过滤，滤后进行干馏，滤液经蒸馏分离分到中油和高沸点萃取物，60%中有作为循环油（循环前须加氢处理），其余的中油送汽油裂解加氢制取汽油。
煤炭溶剂萃取加氢液化：该法将原料煤破碎、干燥后与供氢溶剂混合制成煤浆，煤浆与氢气混合后预热，然后送到液化反应器中，在器内由下向上活塞式流动，进行萃取加氢液化反应。
产物送入气液分离器，气体经过洗涤，分离获得富氢气循环利用，气态烃通过水蒸气重整制氢气，供反应系统应用，液相产物进入常压蒸馏塔，蒸出的轻油，塔底产物进入减压蒸馏塔分离出轻质燃料油、石脑油燃料油和重质燃料油。
煤化工工艺学第6章 煤的直接液化
（2）煤的液化溶剂对煤的抽提溶解作用
根据溶剂种类、抽提温度和压力等条件的不同，主要有两类。 ①热解抽提溶解 用高沸点多环芳烃或焦油馏分（如蒽、菲、喹
啉等）作为溶剂，抽提温度在400℃左右，煤伴有热解反应并被抽 提溶解。烟煤抽提溶解率一般在60%以上，少数煤甚至可达90%。 ②加氢抽提溶解 采用供氢溶剂（如四氢萘、四氢喹啉、二氢蒽 和二氢菲）或非供氢溶剂在高氢压力下，在大于400℃的温度下发 生抽提溶解，同时发生激烈的热解和加氢反应。
掺混 掺混 酯交换工艺
煤炭直接液化是在高温高压下，借助于供氢、溶剂和催化剂，使 煤与氢反应，从而将煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的 液体油。通过煤直接液化，不仅可以生产汽油、柴油、煤油、液化石油 气，还可以提取苯、甲苯、二甲苯混合物及生产乙烯、丙烯等重要烯烃 的原料。直接液化的优点是热效率较高、液体产品收率高；主要缺点是 煤浆加氢工艺条件相对苛刻，反应设备需能够承受高温、高压和氢的腐 蚀。图6-1是神华直接液化项目流程图。
根据相似相溶的原理，溶剂结构与煤分子近似的多环芳烃，
对煤热解的活性基团有较大的溶解能力。 溶剂溶解氢气的量与压力成正比，压力越高，溶解的氢气越 多。 在煤液化装臵的连续运转过程中，实际使用的溶剂是煤直接 液化产生的中质油和重质油的混合油，称作循环溶剂，其主 要组成是2～4环的芳烃和氢化芳烃。循环溶剂经过预先加氢， 提高了溶剂中氢化芳烃的含量，可以提高溶剂的供氢能力。 煤液化装臵开车时，没有循环溶剂，则需采用外来的其他油 品作为起始溶剂。起始溶剂可以选用高温煤焦油中的脱晶蒽 油；也可采用石油重油催化裂化装臵产出的澄清油或石油常 减压装臵的渣油；还可以选择热处理软化成液体的废塑料、 废橡胶、废油脂作为溶剂。
6.1.1.2 石油
煤直接液化工艺温和化
。
1.2.2 煤直接液化技术研究现状
煤直接液化工业化生产差不多经历了三个发展阶段[6]： (1)第一代煤直接液化工艺：以德国老 IG 工艺为代表的煤直接液化工艺。其特征是 固液分离采用加压过滤和离心分离，循环溶剂含有固体和难分离的沥青质，为了防止难 分离的沥青在循环过程中的累积，必须要采用十分苛刻的反应条件，如 70Mpa、470℃。 同时，由于循环溶剂性质恶劣，煤浆浓度较低，反应器有效利用率低。
Keywords: Coal direct liquefaction Thesis : alyst
Mild condition
1 绪论
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
我国煤炭储量丰富，居世界第三位，2009 年，中国原油产量为 1.89 亿吨，净进口 量为 1.99 亿吨，原油对外依存度达 51.3%，这种富煤缺油的能源结构决定了中国必须走 以煤炭为主的能源结构路线，并且这种局面长期不会改变[1]。我国煤炭储量大、价格相 对稳定，充分利用我国丰富的煤炭资源，大力开发煤制油技术是解决我国一次能源中原 油供应不足的重要措施。 煤炭直接液化是高效合理利用煤炭资源，增加运输燃料油来源，实现以煤代油，发 展煤化工，解决环境污染的先进工艺技术。目前，研究大都集中在高温高压等极其苛刻 的工艺条件，苛刻的条件意味着成本的增加，因此本论文选用神府煤在温和条件下进行 直接液化研究，目的在于探讨其在低压条件下（冷氢气初压小于 2Mpa）液化性能及催 化剂的研究，希望产生较好的环境和社会效益。
关 键 词：煤直接液化；催化剂；温和条件 研究类型：应用研究
Subject
：Study on Moderate Direct Coal Liquefaction Process
2022煤直接液化技术---
煤直接液化
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1 煤直接液化技术沿革
1.2 国外煤炭直接液化技术沿革
德国的IGOR工艺： 德国新工艺，主要特点是将液化残渣别离由过滤改为真空蒸馏，减少 了循环油中的灰分和沥青烯含量，同时局部循环油加氢，提高循环溶剂 的供氢能力，并增加催化剂的活性，从而可将操作压力由70.0MPa降 至30.0MPa。 液化油的收率由老工艺的50%提高到60%，后来的IGOR工艺又将煤 糊相加氢和粗油加氢精制串联，既简化了工艺，又可获得杂原子含量很 低的精制油，代表着煤直接液化技术的开展方向。
操作压力分别为70.0MPa和32.5MPa两种
温度450-500
铁系催化剂
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煤直接液化
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1 煤直接液化技术沿革
1.2 国外煤炭直接液化技术沿革
到20世纪70年代，受1973年和1979年两次世界石油危机 的影响，主要兴旺国家又重视煤炭直接液化的新技术开发：
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产物，其目的就是获得和利用液态的碳氢化合物 替代石油及其制品，来生产发动机用液体燃料和 化学品。
煤炭液化有两种完全不同的技术路线，一种是 直接液化，另一种是间接液化。
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煤直接液化
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1 煤直接液化技术沿革
〔1〕煤炭直接液化
煤炭的直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高 分子结构直接转化为较低分子的液体燃料，转化过程 是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、 解聚，需要较高的压力和温度。 ➢优点: 热效率较高，液体产品收率高； ➢缺点:煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。
➢ 在二次世界大战前后进行煤直接液化技术开发的国家还有英 、日本、法国和意大利。
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新能源战略—煤直接液化工艺
摘要：文章介绍了煤直接液化的发展历程和技术现状，阐述了煤直接液化的机理，分析了其影响因素，指出了煤直接液化技术的意义和发展前景。
煤直接液化过程是裂解反应、加氢反应和缩合反应的综合过程，其影响因素主要有煤阶、预处理、溶剂、催化剂、温度和压力等。
中国可选用直接液化的煤资源十分丰富，具有良好的发展前景。
此外，煤直接液化工艺在加工和制备具有较高附加值的精细化学品方面具有较好的优势，会具有较好的经济效益
关键词：煤直接液化技术现状液化机理影响因素油-煤共炼
伴随着国民经济的发展，对能源的依赖性不断增强，能源有限性忧虑的严峻性日益突出，迫切需要不断优化终端能源结构，大幅度提高清洁、高效能源的比例。
一、煤直接液化工艺
煤炭直接液化是在高温下，借助供氢溶剂和催化剂，使氢元素进入煤及其衍生物的分子结构，将煤炭转化为液体燃料或化工原料的先进洁净煤技术。
该过程是裂解反应、加氢反应、缩合反应的综合过程
液化机理
石油和煤都是地质历史时期形成的能源矿产，有机质主要由碳、氢、氧、氮和硫等元素构成，但结构、组成和性质差别较大，主要表现为石油主要是低分子脂肪烃化合物，煤则是以缩合芳环为主体的高分子聚合物；在化学组成上，石油的氢含量和氢碳原子比远高于煤的氢含量和氢碳原子比，而煤中的氧含量又比石油的氧含量要高得多，此外煤还含有相当量的无机矿物质和水[1]。
煤直接液化的目的是改变煤的分子结构，生成液化油。
在直接液化工艺中，煤大分子结构通过加热而分解，结构单元间的桥键断裂产生不稳定的自由基“碎片”，这些“碎片”在有氢供给的条件下与氢结合而得以稳定。
氢的主要来源一般有以下四个方面：（1）供氢溶剂供给或提供的氢；（2）被催化剂活化后的气体氢，这也是氢的主要来源；（3）化学反应生成的氢；（4）煤本身可供给的氢
煤的加氢液化过程包括一系列的串联反应和并联反应，但以串联反应为主，相应地每一级反应产物的分子量逐级递减，杂原子含量逐渐减少，H/C原子比逐级增加。
串联反应的同时，伴随着并联反应的发生。
对于采用供氢溶剂和催化剂的煤炭直接液化反应过程可以不考虑中间产物结焦的逆反应
影响因素
煤直接液化是一个复杂的物理、化学反应过程，其影响因素较多，归纳起来主要有煤阶、预处理、溶剂、催化剂、温度和压力等
1.煤阶
煤阶、岩相组成以及无机成分等因素决定了煤在液化过程中的反应特性，是评价煤液化性能的重要指标[2]。
煤液化机理表明，煤中H/C原子比越高，煤炭转化率和液化油产率明显提高，总转化率越高。
与惰质组相比，煤中的镜质组和壳质组更容易发生液化反应。
一般来说，腐植煤煤化程度越深，H/C原子比就越低，加氢液化的难度相应增大，即腐植煤液化难易程度为：低挥发分烟媒>高挥发分烟煤>褐煤>年轻褐媒>泥炭>烟煤。
泥炭杂质含量较多不适于液化，烟煤基本上难以液化
2 .预处理
煤的结构、性质及转化受煤结构中非共价键和共价键的影响，煤中非共价键一定程度上影响煤炭液化转化率及其产物分布。
通过选择适当方法改变或破坏煤结构中非共价键的存在与作用形式，可以提高煤炭反应性能，实现高效转化。
目前预处理方法主要有热处理、水热处理、干燥和氧化处理以及溶胀处理等[3]。
不同的预处理反应机理不同，但均可以不同程度的改变煤的溶胀率和氢转移性能，提高煤炭转化性能和液化产率
3 .溶剂
在煤液化过程中，溶剂的主要作用主要体现在物理上，溶剂起煤输送和传热作用；在化学上，溶剂是煤内部氢的输送媒介，也是可转移氢的重要来源。
结构上，煤主要由聚合芳环化合物组成，利用溶解相似性原理，溶剂结构中含有两个或两个以上的芳环时可以更好地溶解煤。
溶剂的气相和液相组分，直接影响与其它液体以及固体反应物的接触程度。
煤液化过程中可使用的溶剂有很多，有效的供氢溶剂是具有部分加氢的多环芳烃化合物（PAHs），比如四氢萘、萘、蒽、菲、煤焦油、石油渣油及煤液化油等[4]。
它们作为一种介质，在煤液化过程中的作用一方面表现为溶解、溶胀煤后，增大了煤的孔隙率，在微观上增大了小分子相在煤大分子网络结构中的流动性，增强供氢溶剂对煤活性点的扩散，提高了煤的液化性能；另一方面也具有良好的提供和传递活性氢的作用
4. 温度和压力
煤液化过程中，温度过高和过低都不利于反应的进行，结合催化剂活性对温度的要求，一般控制在450℃左右。
过高容易产生焦化和大量的气体，过低煤没有发生溶解。
由于煤液化是一个加氢的过程，因此反应过程中的氢压越高越利于煤液化反应的进行，但是这样会给设备带来很高的要求，因此一般把氢压控制在20MPa以下，既不影响反应的进行，又有利于生产成本的降低
神华煤直接液化研究表明，煤液化反应时间与反应温度在催化剂催化神华煤液化过程中都有明显的作用，反应时间的延长和反应温度的提高都能使油产率明显增加，但同时气产率也相应增加。
因此在提高反应温度和延长反应时间来提高
油产率时，必须权衡气产率提高带来的负面影响
二、前景及意义
煤直接液化可以生产优质汽油、柴油和航空燃料，且煤直接液化油可作为生产芳烃化合物的重要原料，故煤的直接液化在石油资源短缺、液体燃料供需出现矛盾的状况下，对保障国家经济可持续发展、社会稳定和石油安全等方面具有重要的意义。
中国可选用做直接液化的煤资源十分丰富，尤其是适合直接液化的低变质程度的煤，其总含量达到50%以上，主要分布于中国东北、西北、华东和西南地区。
低变质程度的煤种用于燃烧，其热值低，且环境问题严重。
通过煤液化技术转化为高附加值的精细化学品，是其高效利用的基本途径之一
此外，煤液化油不仅在组成上与石油产品有差别、在使用性能上不及石油产品，而且由于工艺的复杂性和高能耗，煤液化油成本高而附加值低，在经济效益上也无法与石油产品相比。
但鉴于煤的组成和结构上的特点，煤液化油中富含芳烃组分和杂原子芳香族化合物，在加工和制备具有较高附加值的精细化学品方面具有较好的优势，将具有较好的经济效益
结论与建议
煤直接液化过程是一个复杂的裂解反应、加氢反应和缩合反应的综合过程，其影响因素主要有煤阶、预处理、溶剂、催化剂、温度和压力等。
煤阶决定了煤液化过程中的反应特性；预处理可改变煤的溶胀率和氢转移性能；溶剂不仅可提高煤的液化性能，还具有良好的提供和传递活性氢的作用；催化剂在加快反应速率缩短反应时间的同时，还可提高液化产率，降低气体产物的生成；温度、压力及时间均可一定程度上提高油产率，但必须权衡气产率提高带来的负面影响
中国可选用直接液化的煤资源十分丰富，并在国内逐渐形成具有自主知识产权的煤炭液化装置和技术基础上，煤的直接液化在石油资源短缺、液体燃料供需出现矛盾的状况下，对保障国家经济可持续发展、社会稳定和石油安全等方面具有重要的意义。
此外，鉴于煤的组成和结构上的特点，在加工和制备具有较高附加值的精细化学品方面具有较好的优势，将具有较好的经济效益
参考文献：
[1]M.J.G.Alonso et al.Pyrolysis behavior of pulverized coals at different temperatures[J]. Fuel，1999，78（13）：1501-1513
[2]王知彩. 神华煤的预处理及其新型固体酸催化液化研究[D]. 上海：华东理大学，2007
[3] 张晓静.煤炭直接液化溶剂的研究[J]. 洁净煤技术，2011，4：26-29
[4]范立明，高俊文，张勇.煤直接液化催化剂研究进展[J].工业催化，2006，
11：17-22。