煤的液化

结构
主要由直链烷烃、环烷烃和芳香烃组成 的混合物。但芳香烃含量少。
煤和石油的元素组成（ %）
元素 C H O N S 无烟 煤 93.7 2.4 2.4 0.9 0.6 0.31 中等挥 发分烟 煤 88.4 5.0 4.1 1.7 0.8 0.67 高挥发 分烟煤 80.3 5.5 11.1 1.9 1.2 0.82 褐煤 71.7 5.2 21.3 1.2 0.6 0.87 泥炭 50-70 5.0-6.1 25-45 0.5-1.9 0.1-0.5 -1.00 石油 83-87 11-14 0.3-0.9 0.2 1.0 1.76 1.94 4 汽油 86 14 CH4 75 25
停滞状态。1973年后，由于中东石油发生危机，以美国等为首的资本 主义国家重新重视以煤为原料制取液体燃料技术的开发，建立了各种 类型大中型示范液化厂。 二次世界大战后，美国在德国煤液化工艺的 基础上开发了SRCⅠ(solvent refain coals)和SRCⅡ工艺,1973年美 国利用催化液化原理开发了氢煤法（H-Coal）、供氢溶剂法（EDS）， 还有德国液化新工艺（NewTG）、日澳褐煤液化法。该阶段在煤液化 的实验室研究和新技术开发研究方面做了许多工作。 第三阶段1982年至今，煤液化新工艺的研究期。1982年后期石油 市场供大于求，石油价格不断下跌，各大煤液化试验工厂纷纷停止试 验.但是各发达国家的实验室研究工作及理论研究工作仍在大量的进行 。如近年来开发出来的煤油共处理新工艺和超临界抽提煤工艺等。 近两年，由于中东形势的复杂性，石油原油的价格迅猛升高，最高 价格已超过70美元/桶，目前仍然维持在60美元/桶左右。必将促进煤 液化工艺的发展。
5. 煤炭再次作为主导能源的可能性：煤化工正悄然提高了身价，人们开 始重新认识其历史地位与作用。
1.2 煤液化定义及其液化的实质
1.2.1 煤液化的定义：
基本公式：煤+氢气→液体产物+气体产物+固体残渣
狭义定义：将煤与某种溶剂充分混合后，通入氢气，在一定温度和压 力下，经过复杂的物理、化学过程，使固体煤转化为液体产物的过程称 为煤的直接液化。 广义定义：将固态煤经过一定的物理、化学作用转化为液态产物的过 程称为煤液化。
我国煤炭资源的分布也是极不均衡的，64%分布在华北地区。山西省 的煤炭资源约占全国的1/3（5000亿吨）；石油主要分布在黑龙江、辽宁、 山东和沿海地区。
我国能源消费特点： （1）以煤炭为主。前面已讲过 （2）人均消费水平低，单位产值能耗高。从下表中可见人均能耗是世界 平均水平的1/2，单位产值能耗是世界平均水平的近4倍（3.95倍）.
基团→ H2S.为了达到该目的，需要向系统输入一定的能量 （1）给系 统加热，温度应高于煤热分解的温度，因煤阶不同而不同，一般不超过 500℃ ，否则成焦反应和生成气体反应严重。（2）加压：通氢气，增 加反应物的浓度。 增加H/C：需要向系统加氢气，以提高反应速度，相当高的氢气压力 可以抑制成焦反应和生成大量气体。另外，通过加入供氢溶剂也可以增 加系统氢的浓度。 使用合适的溶剂：使煤粒能很好的分散；让煤的热熔解过程有效进行 （有助于结构单元间的键断裂）；使煤热裂解后的自由基碎片得到一定 的稳定；必须有可利用的氢原子或自由基氢；使氢自由基有效的传递到 煤裂解的自由基碎片上；让催化剂能与氢自由基、煤碎片很好地接触。 所以有五大因素影响煤液化反应的有效进行（1）温度；（2）氢 压；（3）溶剂；（4）煤种本身的性质；（5）催化剂。
能源利用的每次革命都引起了世界经济、政治、军事等方面的一系 列重大变化:
蒸汽——机车； 电力——电动机； 石油——汽车、飞机. 1.1.3 能源结构的变化 直到上世纪初的现代工业发展时期，煤炭一直作为主要能源，约占总 能源消耗量的80%以上。50年代由于在中东地区发现了大量的油田，石 油开采量迅速增大，约在60年代中期，石油在总能源消耗中所占比重已 达42%。到80年代，工业发达国家中，煤炭占总能源的消耗量远低于石 油的（即煤炭占26%，石油占50%）。
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
引论 煤液化基本原理 煤性质对液化的影响 煤炭液化所用的催化剂 煤的高温快速液化
第一章 引 论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 世界能源结构与我国能源概况 煤液化定义及其液化的实质 煤液化的发展简史 煤液化研究的现实意义 典型的煤液化工艺
1.1 世界能源结构与我国能源概况
能源是一个国家生产技术水平的重要标志，没有能源就没有工业。 因此，能源问题是世界各国，尤其是工业发达国家最先考虑发展的问题。 我国将能源，材料，信息和生物四个领域的科学与技术作为国家优先支 持与发展的方向。 1.1.1 能源的形式（按自然形态划分） 不可再生能源。 化石能源(一次性能源)： a. 煤炭 b.石油 c.天然气 d.油页岩（油砂）等 核能(一次性能源)： a.核裂变 b.核聚变
1.４ 煤液化的典型工艺
1.４.1 煤直接催化加氢工艺 德国IGOR 工艺
该工艺主要特点是: ①反应条 件比较苛刻,温度470℃,压力 30MPa； ②催化剂使用炼铝工业 的废渣(赤泥)； ③液化反应和 液化油加氢精制在一个高压系统 内进行,可一次得到杂原子含量 极低的液化精制油,该液化油经 过蒸馏就可以得到十六烷值大于 45%的柴油,汽油馏分再经重整即 可得到高辛烷值汽油；④循环溶 剂是加氢油,其供氢性能好,煤液 化转化率高。
国别 中国 俄罗斯 德国 美国 人均能耗（kg煤当量） 单位产值能耗（10000J/美元） 600 60 6500 30 6未来的能源问题，除了应大力发展其 他能源外（核能、水力能、太阳能），还要大力加强煤炭的综合利用，提 高煤炭的利用率是极其重要的。煤液化理论是煤炭综合利用技术的基础理 论之一。
能源形势分析 1. 百年原油在造就了人类繁荣的同时，也形成了人类对其过分依赖的局 面。目前中国对原油的依存度已达到50%，这样就构成了国家能源的 安全问题。 2. 后石油时代——原油价格飚升——对世界经济发展引发了一系列的负 面效应——通货膨胀，经济危机等。 3. 科学技术在未来能源（太阳能、氢能等）的利用方面显得苍白无力。 4. 选择主导能源的五大要素：①资源量 ②技术水平 ③生产成本 ④投 资能力 ⑤环境容量（CO2排放） 。
溶解、萃取 a . 煤的直接液化 煤的热解，生成自由基 三个过程 加氢反应，活性氢与自由基反应 行为是共存的。 b. 煤的间接液化：先将煤气化成CO 和 H 的合成气，再合成为 2 2 煤液化 液体产物( F T 合成甲醇)，进一步合成为汽、柴油类。 c.煤的干馏：焦化过程中的液体产物约占煤重的15~20%. d. 煤的抽提：在煤热分解温度之下的过程，是纯物理溶解过 程所生成的产物。
1.3 煤液化的发展简史
煤液化经历了漫长的发展历程，大致可分为三个阶段： 第一阶段第二次世界大战前及大战期间。德国因为军事上的需要大 力发展煤液化工作。德国的柏吉乌斯（Bergius）于1913年研究了在高温 高压氢条件下，从煤中得到液体产品： 煤粉和重油（ 1：1 ）+催化剂（ 5% ）在450 ℃，20MPa条件下。 1921 年在 Manheim Reinan 建立了 5t/d 的中试厂。 1927 年 I.G.Farben 公司在Leuna建成第一个工业厂： 褐煤+重油+氧化钼（催化剂）+(30MPa)H2 第一步液化生成汽油、中油（180~325℃）、重油（>325℃） 第二步气相加氢，将中油在固定床催化剂上进行异步加氢得到汽油 . 至1943年德国共建了12个煤和焦油加氢液化工厂。提供了战时所需的航 空汽油的98%.因此，该阶段为煤液化的发展期。 第二阶段煤液化新工艺的开发期，从五十年代到七十年代后期。50 年代中东发现大量油田，致使石油生产迅猛发展，而煤液化生产处于
H/C(原 子比)
相同点：二者均是由C,H,O,N,S组成。不同点：煤的H含量低，O含量 高，C含量相差不大。 由以上四方面的比较分析，可得煤转化为液体燃料的实质： 破坏煤的空间立体结构：大分子结构→较小分子结构；多环结构→单环 结构或双环结构；环状结构→直链；含O基团→ H2O；含N基团→ NH3；含S
1.1.4 我国的能源结构 80年代前，煤炭占80%以上。目前仍然以煤炭为主，约占65~70%。 2000年国家统计局统计表明：煤炭67%，石油23%，天然气2.5%，水电 6.9%。从1993年我国已成为石油进口国。石油的开发主要用于生产汽油、 柴油、化工产品和化工原材料（纤维、橡胶、塑料）。 同时，我国目前也正在积极开发其他能源：（1）水力资源(长江三峡 水利枢纽)。（2）核能(大亚湾核能发电站,94年1#机组和2#机组相继并网 发电；秦山核能发电厂)。 （3）天然气(陕西、新疆等地开发)。 所以，从世界到我国来看，能源结构的发展趋势进入了群雄并起，各 自发挥自身优势的阶段。中国化工学会常务理事、国家经贸委综合司司 长李寿生说煤炭在今后相当长的时期仍将是我国最主要的一次能源。 应该清醒地看到我国是世界上少数几个以煤炭作为主要能源的国家之 一。我国煤炭探明可采量为7300亿吨，名列世界第一，占世界储量的 45.7%（16000亿吨）。2000年煤炭消费量12.0亿吨，所占能源消费总量 的67.0%。1990年，我国原煤产量10.58亿吨，占世界煤炭总产量的35% （35亿吨）是世界上第一产煤和用煤大国。预计2000年我国煤炭产量可 达1400亿吨。
煤液化是提高煤炭资源利用率，减轻燃煤污染的有效途径之一，是 洁净能源技术之一。
1.2.2 煤液化的实质
煤液化的目的之一是寻找石油的替代能源。煤炭资源10倍于石油， 所以认为液化煤是石油最理想的替代能源。下面是煤与石油的异同点：
名称 状态 分子 量 煤 固体 5000~10000 吡啶萃取物的分子量约2000 以烟煤的有机结构为例：2-4个环或更多的 芳香环构成的芳核，环上含有氧、氮、硫 等官能团及侧链，成为煤的结构单元。由 非芳香结构—CH2—，—CH2—CH2—或醚键 —O—，—S—连接几个结构单元（5-10个 ）呈现空间立体结构的高分子聚合物。 石油 液体 平均值200 高沸点渣油的分子量600
氢—煤工艺 (H-Coal）
该工艺的主要特点：（1） 采用沸腾床反应器，使煤 浆、循环溶剂和催化剂接 触良好，温度均一。（2） 催化剂可以连续加入和抽 出，以不断更新。（3）可 以将高硫煤转化为低硫燃 料。（4）许多设备可采用 石油加工过程所用的设备。
最新能源构成信息
2006年中国化石能源资源基础储量构成：
煤96.7%；油1.6%；气1.7%。 2006年中国可再生资源量： 水力6.94亿kwh；风能10亿kwh ；太阳能10.9亿kwh ； 地热能33亿tce；生物质能5亿tce 。 2006年世界化石能源资源探明可采储量及构成： 煤炭57.2%；石油21.1%；天然气21.7%。 ——《中国统计年鉴2007》 2006年世界能源消费构成： 石油35.80%；煤炭28.40%；天然气23.70%； 水电6.30%；核能5.80% 。 ——《世界能源统计年评2007》 2006年中国能源消费构成： 石油18.3%；煤炭69.5%；天然气3.4%；水电、核电、风电8.8% 。 ——《2007年国民经济和社会发展统计公报》
可再生能源：
a.水力能
b.太阳能
c.风能
d.地热能
1.1.2 能源利用史上的几次重大革命
18世纪，以蒸汽为动力的时代：瓦特发明了蒸汽机，其实质使用燃煤 产生蒸汽代替了人力和畜力。但是蒸汽机的热效率很低，小于40%. 19世纪70年代，以电力为动力的时代： 用燃煤发电或水力发电取代了 蒸汽。 20世纪50~60年代： 以石油、天然气为动力的时代，同时发展了 “石 油化学工业”。