第2章：煤的液化与煤基化学品
煤炭液化技术
煤炭液化技术[编辑本段] 煤炭液化技术煤炭液化是把固体煤炭通过化学加工过程产品的先进洁净煤技术。
根据不同的加工，使其转化成为液体燃料路线，煤炭液化可分为直接、化工原料和液化和间接液化两大类：一、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。
１、发展历史煤直接液化技术是由德国人于1913 年发现的，并于二战期间在德国实现了工业化生产。
德国先后有12套煤炭直接液化装置建成投产，到1944年，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，其中的大部分研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低煤液化油生产成本的目的。
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。
这些新直接液化工艺的共同特点是，反应条件与老液化工艺相比大大缓和，压力由40MPa降低至17～30MPa，产油率和油品质量都有较大幅度提高，降低了生产成本。
到目前为止，上述国家均已完成了新工艺技术的处理煤100t/d 级以上大型中间试验，具备了建设大规模液化厂的技术能力。
煤炭直接液化作为曾经工业化的生产技术，在技术上是可行的。
目前国外没有工业化生产厂的主要原因是，在发达国家由于原料煤价格、设备造价和人工费用偏高等导致生产成本偏高，难以与石油竞争。
２、工艺原理煤的分子结构很复杂，一些学者提出了煤的复合结构模型，认为煤的有机质可以设想由以下四个部分复合而成。
第一部分，是以化学共价键结合为主的三维交联的大分子，形成不溶性的刚性网络结构，它的主要前身物来自维管植物中以芳族结构为基础的木质素。
煤直接液化基础PPT课件
将氢传递过去的反应）。 ➢在有催化剂或煤中矿物质的催化作用下，气态氢也可能直接与煤
分 子反应。如下表：
第32页/共37页
3.12 煤直接液化影响因素
原料煤
挥发分高 H/C高 矿物质 含氧官能团：酯类促进液化
促进煤熔胀软化，使其有机质断键
第15页/共37页 0.1t/d小型连续实验装置工艺过程
3.7 煤直接液化催化剂
煤直接液化催化剂种类
第16页/共37页
3.7 煤直接液化催化剂
煤直接液化催化剂种类 一、铁系催化剂
铁基催化剂的开发
铁基催化剂由于来源广泛，价格便宜，并可作为可弃性催化剂 德国Lenna煤液化厂 铁基催化剂 制铝厂的残留物（氧化铁和氧化铝，极少 量氧化钛） 印度中央燃料研究所 三氯化铁、硫酸亚铁、氧化铁、氢氧化铁浸渍在煤上 作催化剂，加入S催化活性高，与浸渍钼酸铵的催化效果相同。
先将部分氢化的芳环中的氢供出与自由基结合，然后在催化剂作 用下本身被气相氢加氢还原为氢化芳环，如此循环，维持和增加 供氢体活性
提高煤液化的选择性，抑制煤的脱氢和缩合反应
第26页/共37页
3.7 煤直接液化催化剂
催化剂 催化剂 液化反应 加入量 加入方式 溶剂
炭沉积
煤中 矿物质
第27页/共37页
3.8 煤直接液化过程中溶剂的作
供氢溶剂 促进氢转移：提供活性氢或传递活性氢
温度：最佳温度 420~450oC 工艺参数 压力：高压转化率和油收率提高，但能耗、
成本也提高 停留时间：增加停留时间，转化率提高， 沥青烯和油收率增加并出现最高点，气体
产率增加，氢耗量增加
催化剂
催化剂种类，催化剂加入量，加入方式， 第33页/共37页
煤直接液化基础教学课件
影响因素
主要包括工业废水、废气、噪 声等问题。
保护措施
采取科学合理的技术措施、更 高效的能源利用率，可以减少 对环境的污染。
可持续发展
煤直接液化技术对提高我国对 战略性新兴产业的支撑能力和 国民经济的持续发展具有十分 重要的意义。
煤直接液化的未来发展趋势
能源转型
能源转型背景下，未来煤直接液化 可望实现高效清洁转化，不断优化 降本增效。
煤直接液化技术的发展历程
192 0年代
瑞典发明了使用催化剂将煤转化为烃类化合物的过 程。
1 960年代
煤炭直接液化技术逐渐成熟，美、苏、日等国家获 得了成功。
193 0年代
美国、德国、苏联开始研究煤直接液化技术，并相 继成功。
1 990年代
中国开始着手开展煤直接液化技术的研究与实践。
煤直接液化的优点和应用领域
智能化发展
采取大数据和智能化技术，提升煤 直接液化产业生产力和效益，进一 步推进工业4.0。
协同创新
加快推进科技创新平台建设，加强 与高校、科研院所等资源的联合， 促进煤直接液化技术的协同创新发 展。
实验
煤直接液化实验是对煤的性质与加 氢反应进行模拟，在实验室中进行 的。
煤直接液化的过程和机理
1
溶解反应
煤料在溶剂中分解为小分子化合物的小分子化合物在催化剂作用下被加
氢裂解为烃类化合物。
3
烃类烷化反应
烃类化合物发生相互作用，产生更大分子量
脱氮反应
4
的烷基化合物。
在加压高温条件下，将溶液中的氮转化为 NH3、N2、H（化学式）等气体产物。
煤直接液化基础教学课件 PPT
煤直接液化技术是一项重要的能源开发技术。本课程介绍煤直接液化的基础 知识，以及煤直接液化技术的未来发展方向。
煤的液化原理及应用
煤的液化原理及应用1. 煤的液化原理煤的液化是指将固态的煤转化为液态燃料的过程。
液化煤是一种高效的能源资源，具有较高的能量密度和较低的环境排放。
煤的液化原理主要包括以下几个方面：1.1 煤的化学组成煤是一种由碳、氢、氧、氮、硫等多种元素组成的有机物质。
不同种类的煤具有不同的化学组成，其中碳含量较高。
1.2 煤的热解过程煤在高温下会发生热解，即煤的大分子结构被破坏，并产生气体、液体和固体副产品。
煤的热解过程可以通过裂解温度、升温速率和保持时间来控制。
1.3 煤的液化反应煤的液化是在高温下将煤与氢气或氢气和氢化物催化剂接触，通过氢解和缩聚反应将煤转化为液态燃料。
煤的液化反应主要包括溶解、裂解、重组和饱和等过程。
2. 煤的液化应用煤的液化在能源领域具有广泛的应用前景。
以下是煤的液化在多个领域的应用介绍：2.1 燃料应用液化煤被广泛用作燃料，可以替代石油、天然气等传统化石燃料。
液化煤具有高能量密度和较低的环境污染排放，可以用于发电、加热和工业用途。
2.2 化学工业液化煤可以作为化学原料，生产石油、化肥、塑料、橡胶等化工产品。
煤的液化过程可以将煤中的碳、氢等元素转化为有机物，满足化学工业对原料资源的需求。
2.3 交通运输液化煤可以用作交通燃料，制造液化煤汽油、液化煤柴油等燃料，用于汽车、火车等交通工具。
液化煤汽油具有较高的能量密度，可以增加车辆续航里程。
2.4 煤化学开发煤的液化过程中产生的液态产物还可以用于进一步的煤化学开发。
煤液化副产品可以作为原料生产碳纤维、炭黑、活性炭等材料，用于材料工业。
3. 结论煤的液化是一种将煤转化为液态燃料的过程，具有广泛的应用前景。
液化煤可以用作燃料、化学原料和交通燃料，同时也可以用于煤化学开发。
煤的液化技术的应用可以提高能源利用效率，减少环境污染，是一种可持续发展的能源替代方案。
煤气化及煤基化工产品链
煤气化及煤基化工产品链煤气化和煤基化工产品链是指利用煤作为原料，进行气化、炼制、提纯、裂解等过程，最终生产出一系列具有高附加值的煤基化工产品的生产过程。
本文将从煤气化和煤基化工产品的定义、应用、工艺和发展方向等方面进行详细阐述。
一、煤气化和煤基化工产品的定义和应用煤气化是指将固态煤炭在高温、高压、无氧等条件下，通过气化反应转化为一系列可燃气体的工艺过程。
经过煤气化处理后，所得到的产物气体被称为含气体；经过深度处理后，可得到甲烷、苯、甲醇、合成氨、合成油等附加值较高的煤基化工产品。
煤基化工产品链是指利用煤作为原料生产的一系列化工产品，主要包括：1. 煤焦油及其深加工产品：主要包括沥青、碳黑、防腐剂、有机溶剂等；2. 煤气及其深加工产品：主要包括甲醇、合成气、合成油、甲烷等；3. 煤制油及其深加工产品：主要包括汽油、柴油、煤油、沥青等。
煤基化工产品广泛应用于能源、化工、冶金、建材、环保等诸多领域，如煤炭化学工业、化纤、冶金、化肥、生物化学等。
其中，大部分煤基化工产品都是高附加值、高技术含量的产品，在我国的经济发展中起着至关重要的作用。
二、煤气化和煤基化工产品的工艺1. 煤气化工艺（1）固定床煤气化：是指将小块的煤料铺成一个固定的床层，通过缸内的气体在固定床中切割、分解、转化得到含氢气和含一氧化碳气的反应。
（2）流化床煤气化：是指利用空气向固定床中喷射使床料呈流化状态，这样能够提高气化反应的速率和数值。
2. 煤基化工产品加工工艺（1）煤焦油加工：首先通过高温炭化得到焦炭，同时得到煤焦油。
在蒸馏和提纯的过程中，可以得到燃料油、润滑油、基础油等广泛应用于石化工业的煤基化工产品。
（2）煤气加工：经过初步的处理和净化，可以得到焦炉煤气，该煤气可以被深度加工，得到甲醇、甲烷、合成气、合成油等煤基化工产品。
（3）煤制油加工：通过分馏提取、加氢裂解等工艺得到高附加值的汽油、柴油、煤油等煤基化工产品。
三、煤气化和煤基化工产品发展方向现代煤基化学工业需要不断提高产品附加值、科技创新和环境保护等综合性要求，为此，我国煤基化工产品主要发展方向主要体现在以下几个方面：1. 优化煤气化工艺，延长设备寿命，减少能耗和开销。
煤直接液化技术课件
British Coal
俄罗斯 中国
2024/3/15
CT-5 神华
7.0
1983-1990
6
2004-
煤直煤直接接液液化技化术
国家科学院 神华集团
11
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分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，同时部分循环油加氢，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发展方向。
国别
工艺名称
规模 t/d
试验时间 年
开发机构
美国 德国
SRC EDR H-COAL
IGOR
50
1974-1981
250
1979-1983
600
1979-1982
200
1981-1987
GULF EXXOH
HRI
RAG/VEBA
日本
NEDOL
150
1996-1998
NEDO
英国
LSE
2.5
1988-1992
煤直煤直接接液液化技化术
18
1 煤直接液化技术沿革
1.2 国外煤炭直接液化技术沿革
国外发展趋势：
到20世纪80年代中期，各国开发的煤直接液化新工艺日趋成熟，有的 已完成5000t/d示范厂或23000t/d生产厂的概念设计，工业化发展势 头一度十分迅猛。
煤的直接液化
煤的直接液化概述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。
煤液化分为“煤的直接液化”和“煤的间接液化”两大类，煤的直接液化是煤直接催化加氢转化成液体产物的技术．煤的间接演化是以煤基合成气（CO+H 2）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挣化、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台物。
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威H2S 再经分解可以得到元素硫产品．本篇专门介绍煤炭直接液化技术早在1913 年，德国化学家柏吉乌斯（Bergius）首先研究成功了煤的高压加氢制油技术，并获得了专利，为煤的直接液化奠定了基础。
煤炭直接加氢液化一般是在较高温度（400 C以上），高压（10MPa以上），氢气（或CO+H 2,C0+H20）、催化剂和溶剂作用下，将煤的分子进行裂解加氢，直接转化为液体油的加工过程。
煤和石油都是由古代生韧在特定的地质条件下，经过漫长的地质化学滴变而成的。
煤与石油主要都是由C、H、O 等元素组成。
煤和石油的根本区别就在于：煤的氢含量和H／C原子比比石油低，氧含量比石油高I 煤的相对分子质量大，有的甚至大干1000．而石油原油的相对分子质量在数十至数百之间，汽油的平均分子量约为110；煤的化学结构复杂，它的基本结构单元是以缩合芳环为主体的带有侧链和官能团的大分子，而石油则为烷烃、环烷烃和芳烃的混合物。
煤还含有相当数量的以细分散组分的形式存在的无机矿物质和吸附水，煤也含有数量不定的杂原子（氧，氮、硫）、碱金属和微量元素。
通过加氢，改变煤的分子结构和H/C 原子比，同时脱除杂原子，煤就可以液化变成油。
煤炭气化与液化
3．各区的反应及现象
（1）氧化区（带）—实质是煤燃烧氧化，产生大量 的热，温度在1200—1400℃。
C+O2 → CO2+热量
2C+O2→2CO+热量
（2）还原区—CO2、水蒸气H2O与煤层相遇进行还 原反应，吸热反应。
温度在800—1000℃。
CO2+C=→2CO-热
H2O+C→H2+CO-热
两段直接液化工艺—通过两个反应品分两步（段）进行；
第一段进行煤的溶解，不加催化剂或是少加低活性可弃催 化剂。
第二段加高活性催剂，加氢生产馏分。
（2）共同液化 实质是对煤和非煤烃类液体，同时提质加工； 非煤烃质如 ： 沥青，超重质原油 ， 蒸馏残
渣，焦油等。 （3）间接液化 第一步：利用蒸气气化打破煤的原有结构，
（1.3m以上）
（5）采用大断面气化通道，双火源。 图5—14
五、适用条件及发展方向
1.适用条件：无法用正常工艺开采的褐煤， 烟煤，边角煤柱，可提高资源回收率，报废 矿井的残留边角煤资源回放。
2.发展方向
监控燃烧工作面的位置及温度，调节供氧量， 提高热值；
向气化、民用、发电、化工综合体发展，各 国都比较重视。
还原区温度越高产气率越高。
（3）干馏区—此区还原反应停止，只进行干 馏，使煤中的挥发物质放出。
主要有：H2，CH4 温度400—700℃
（4）干燥区—煤气在该区不反应，只干燥， 温度进一步降低，放出煤气排至地面。
4．煤气的主要成分
可燃成分：CO，CH4，H2 不可燃成分：CO2，N2，O2 热值：3000——8000KJ/m3
《煤化工工艺学》——煤的间接液化
为了提高活性和选择性，还加入了各种助剂和载体，载体 的加入，导致了催化剂中的金属组分高度分散，并提高了催 化剂的抗烧结性。
① 钴、镍催化剂 条件温和，合成产品主要是脂肪烃，但稍提高反应温度 则甲烷含量大增。 ② ThO2和ZnO催化剂 条件苛刻，只能生成烃醇混合物，但氧化性催化剂对硫 不敏感。
用在固定床反应器的中压合成时，反应温度为220～240 ℃ 铁催化剂加钾活化，具有比表面积高和热稳定性好的结构，可用的载体为 Al2O3、CaO、MgO、SiO2、ZSM-5分子筛．其操作温度为220～340 ℃,操 作压力为1～3 MPa。
第6章 煤间接液化
§6.1 费托合成
费托合成
具体到中国的发展来说，关键在于技术，中国人 不掌握这个技术，南非转让要价非常高。国内的 技术尚不成熟。因此发改委是限制发展，除了兖 矿榆林100万吨、山西潞安、内蒙伊泰的16万吨 中试，神华和神华宁煤的3个300万吨/年项目外， 短期内不会核准类似项目。而国内的项目同样遇 到了技术来源、可靠性的问题。
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。
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，故认为液化煤是石油最理想的替代能源。
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 石油 液体 平均值200 高沸点渣油的分子量600
F-T合成催化剂
单一催化剂
铁、钴、镍和钌（沉淀铁催化剂、熔铁型催化剂 ）
F-T合成 催化剂
复合催化剂
Fe、Co、Fe-Mn等与ZSM-5分子筛混合组成的 复合催化剂 首先：复合催化剂可以将F-T合成的宽馏分烃类 由C1~C40缩小到 C1~C11，抑制了C11以上的高分 子量烃类的生成。 其次，复合催化剂还大幅度提高了汽油馏分 C5~C11 的比例，并且合成产物中基本上不含有 含氧化合物。 故：复合催化剂将得到广泛的应用。
现代煤制气技术的研究与应用发展分析
现代煤制气技术的研究与应用发展分析第一章：绪论近年来，随着国家对环境保护和能源安全的重视，煤制气技术逐渐受到关注。
煤制气技术就是利用煤炭等矿物质资源生产气体燃料的一种先进工艺，属于煤化工领域。
与传统的直接利用石油和天然气等化石能源相比，煤制气技术具有独特的优势。
本篇文章将探讨现代煤制气技术的研究与应用发展情况，分别从技术路线、应用场景、环保性、经济效益等方面进行深入分析。
第二章：技术路线现代煤制气技术主要有两条分支路线：煤基气化和煤基液化。
煤基气化技术是指将煤炭和水蒸气在一定的温度、压力下进行热化学反应，产生气体燃料，主要包括干式气化、湿式气化、氧气膨胀气化和采用固定流化床气化等工艺。
其中，干式气化被认为是最成熟、技术最稳定的一种方式，但也存在一些问题，如反应率低、设备维护难度大等。
煤基液化技术是指在高温、高压的条件下，使煤在液态烃的存在下发生热力学反应，使其转化为液体燃料，包括合成油、合成甲醇等。
这种技术的特点是对煤种的选择不够严格，可以利用各种低质煤，包括褐煤等。
但煤基液化工艺还存在着高压、高温等方面的风险和设备花费等问题。
第三章：应用场景现代煤制气技术有广泛的应用场景。
首先，在无管道天然气的地区，煤制气可以作为一种清洁、环保的替代燃料供应方式。
其次，在工业领域，煤制气可以用于化工、热力发电、城市燃气等领域。
此外，在交通领域，如采用煤制合成甲醇技术，可以生产出符合国六排放标准的清洁燃料，用于汽车和船舶等交通工具。
但是，在实际应用中，煤制气也面临一些挑战。
例如，煤制气与管道天然气等传统燃料比较，价格相对较高；煤制气生产过程中会排放大量的二氧化碳等有害气体，不利于环境保护。
对于这些问题，我们可以通过技术研发、政策引导等手段来加以解决。
第四章：环保性在煤制气生产过程中，会产生大量的二氧化碳等有害气体，这对环境带来了巨大的威胁。
因此，煤制气在环保方面面临着极大的挑战。
为了解决这个问题，现代煤制气技术不断发展，各种环保措施不断加强。
煤炭液化
CO2 +3H2 = CH3O + H2O - 49.8kJ/mol
一氧化碳加氢除合成甲醇外，还可能发生不同的副反应 :
CO +3H2 = CH4 +H2O - 206.4kJ/mol CO2 +4H2= CH4 +2H2O - 164.9kJ/mol 2CO+2H2= CH4 + CO2 -247kJ/mol
CO + H2O = CO2 + H2 - 41.5J/mol 2CO +4H2 = (CH3)2O +H2O 2CH3OH = (CH3)2O + H2O 另外，还可能生成少量的乙醇和微量的醛、 酮、酯等副产物。
2、催化剂及反应条件
①催化剂 ：锌基催化剂和铜基催化剂 ②反应条件 ： 反应温度和压力 空速 ③合成气的组成 ：
液化率随时间延长，开始时增加很快，以后逐渐减慢。
四、煤炭直接液化工艺
1、氢-煤法（H-Coal）工艺 以褐煤、次烟煤或烟煤为原料，在 沸腾床反应器中，高温、高压并在催化 剂作用下，经过加氢生产合成原油或低 硫燃料油。 合成原油可进一步加工提质成发动 机燃料； 低硫燃料油作锅炉燃料。
煤 沸 腾 床 反 应 器
Δ 200～600t/d H-Coal工艺沸 腾床反应器
沸腾床催化反应器
①循环泵出口液体（油）与进料煤浆和氢气 混合后一起进入到反应器底部的分布室， 经过分布板产生分布均匀的向上流动的液 速，使催化剂床层膨胀，并达到沸腾状态。 ②分布板上方的反应器圆筒为颗粒催化剂床 层。 ③在反应器底部设有液体循环泵以提高液相 速度 ④颗粒催化剂床层的膨胀和沸腾主要靠较高 的向上流动的液相速度来实现；
煤的液化原理及应用现状
煤的液化原理及应用现状1. 煤的液化原理煤的液化是指将固体煤炭转化为液体燃料的过程。
液化煤技术是利用化学反应将煤炭转化为可以燃烧的液体燃料，以满足能源需求。
下面是煤的液化原理的一些关键点：•加热：将煤炭加热到高温。
高温有助于打破煤炭的化学键，使其分解为较小的分子。
•催化剂：使用催化剂促进液化反应。
催化剂能够降低反应的活化能，提高反应速率。
•溶剂：使用合适的溶剂来使煤炭与催化剂接触，并促进反应的进行。
•氢气：向反应体系中加入氢气，可以提高液化反应的效率并降低产物中的杂质含量。
2. 煤的液化应用现状煤的液化技术已经在工业生产中得到广泛应用。
下面是煤的液化应用现状的一些主要方面：2.1 燃料煤的液化产物可以用作燃料，用于替代传统的石油燃料。
液化煤燃料的热值高，可以用于发电、汽车燃料等领域。
液化煤燃料还可以降低燃烧产生的污染物排放。
2.2 化工原料煤的液化产物可以用作化工原料，在合成某些化学产品时起到重要作用。
例如，液化煤产物可以用于合成合成氨、甲醇等化学品。
2.3 煤基化学品煤的液化技术还可以用于生产煤基化学品。
通过煤的液化过程，可以获得具有高附加值的煤基化学品，例如煤油、煤焦油等。
2.4 国内外应用现状在中国，煤的液化技术已经得到了广泛的应用。
中国是全球煤炭资源最丰富的国家之一，因此煤的液化技术在中国具有重要意义。
国外一些发达国家也在开展煤的液化研究，并将其应用于能源转化和化工领域。
3. 结论煤的液化技术可以将固体煤炭转化为液体燃料或化工原料，具有广泛的应用前景。
煤的液化在燃料和化工行业发挥着重要作用，能够提高能源的利用效率，减少环境污染。
随着煤炭资源的减少和环境保护意识的增强，煤的液化技术将会得到更广泛的应用和研究。
煤直接液化PPT课件
2.2.3 煤液化过程中的化学反应
煤的热解； 对自由基“碎片”的供氢； 脱氧、硫、氮杂原子反应； 缩合反应
13
煤的热解
由于以上过程是在溶剂中进行的，所以又叫做热溶解。
14
15
16
上述过程即为对自由基“碎片”的供氢
17
脱氧、氮、硫杂原子的反应
参看课本133-134页的脱氧反应、脱硫反应和脱氮反应。
液-固相产物组成复杂，要先用溶剂进行分离，常用溶剂有正己 烷（环己烷）、甲苯（苯）和四氢呋喃THF（或吡啶）。溶于正己烷 的称为油；不溶于正己烷而溶于苯的称为沥青烯；不溶于苯而溶于四 氢呋喃（吡啶）的称为前沥青烯；不溶于四氢呋喃的称为残渣（未反 应煤）一般可采用两种方法进行分离：一是减压蒸馏法；二是溶剂萃 取法。
煤间接液化是首先将煤气化制取合成气（CO+H2）， 合成气经过净化、调整H2/CO比，在催化合成为液体燃料。 优点：煤种适应性较宽、操作条件相对温和、煤灰等三废
问题主要在气化过程中解决。 缺点：总效率比不上直接液化。
由于煤炭液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染物以及灰 分等，获得的液体产品是优质洁净的燃料和化学品。因此， 煤炭液化将是中国洁净煤技术和煤代油战略的重要、有效和 可行的途径之一。
18
缩合反应
当温度过高或供氢不足，自由基“碎片”发生缩合，生成半 焦或焦炭。将使液化产率降低，是液化中不希望发生的反应。
19
煤加氢液化时可能发生的几种反应
20
2.2.4 煤炭加氢液化的实验室研究方法
试验过程与设备
21
产物分析
煤液化产物可分为气相产物和液-固相产物。
气相产物（包括两部分：一是含杂原子的气体，如H2O、H2S、 NH3、CO2和CO等；二是气态烃，主要是C1-C3,有时包括C4，生产气 态烃会消耗大量氢，所以气态烃产率增加会导致氢耗量提高）经冷却、 计量后， 可用气相色谱或气-质联用进行气体分析。
煤炭液化
煤直接液化定义及其液化的实质
煤直接液化的定义： 煤直接液化的定义：
基本公式： 氢气→液体产物 气体产物+固体残渣 基本公式：煤+氢气 液体产物 气体产物 固体残渣 氢气 液体产物+气体产物
狭义定义：将煤与某种溶剂充分混合后，通入氢气， 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， 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。 为煤的直接液化。 广义定义：将固态煤经过一定的物理、 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。 程称为煤液化。
发展煤炭液化工业的 政策建设建议
• （1）增加投入，改进和开发新的煤炭液化 新技术，形成具有我国自主知识产权的煤 直接液化工艺 。 • （2）制定政策法规，鼓励发展煤炭液化技 术 • （3）加强宣传，支持发展煤炭液化技术
没了
谢谢
煤的直接液化工艺流程简图
• 。
煤的直接液化技术是将固体煤在高温高压下与氢反应，将其降解和加氢从而 转化为液体油类的工艺，又称加氢液化。一般情况下，一吨无水无灰煤能转化 成半吨以上的液化油。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。
煤直接液化的工艺特点
• （1）液化油收率高。 • （2）煤消耗量小，一般情况下，1吨无水 无灰煤能转化成半吨以上的液化油 • （3）馏份油以汽、柴油为主，目标产品的 选择性相对较高； • （4）氢耗量大 • （5）反应条件相对较苛刻，如德国老工艺 液化压力甚至高达70MPa
《能源概论》第2章_煤炭综述
成煤的三大作用
1a. 泥炭化作用（peatification）高等植物遗体在沼泽中堆
积经历生物、化学作用形成泥炭的复杂而漫长过程。
其经历的生物化学作用大致有：
• ①植物遗体中的有机化合物经过氧化和水解作用降解
为结构较简单的、化学性质较活泼的化合物； • ②降解产物相互作用进一步合成新的较稳定的有机化 合物两个阶段。
煤的间接液化分两步进行，其主要反应如下: 第一步是由煤制成合成气的煤气化反应： C＋ H2→ CO＋ H2 C＋ 1/2O2→ CO 第二步是一氧化碳的加氢催化反应，即费-托合成反应，主 要有以下一些反应： 甲烷化反应 CO＋ 3H2→ 2CH4＋ H2O 烷烃化反应 nCO ＋ （2n+1）H2→ CnH2n+2＋nH2O 甲醇化反应 CO＋2nH2→ CH3OH 高级醇反应 nCO ＋ 2nH2→ CnH2n+1OH+ (n-1)H2O
2.6 煤的洁净技术
洁净技术解燃 “煤”之急。
1. 燃烧前的处理和净化技术
（1）洗选处理
洗选处理是除去或减少原煤中所含的灰分、矸 石、硫等杂质，并按不同煤种、灰分、热值和粒 度分成不同品种等级，以满足不同用户需要。
（2）型煤加工 型煤加工是用机械方法将粉煤和低品位煤制成
具有一定粒度和形状的煤制品。
• 全球的化石燃料的总储量中，煤炭约占80% 。 另外，以现代开采和利用煤炭的速率计算， 世界煤炭资源尚能使用几百年。
• 总储量为107500亿吨标准煤 。 • 可采储量为10391亿吨。
我国煤炭资源分布
我国是一个富煤、贫油、少气的能源大国。
煤炭是我国的主要能源，其消费量占我国总能源的 62%。
《煤的液化技术》课件
01
合成气液化工艺是指将合成 气冷却到低温条件下，通过 物理方法将其液化成液体燃
料的过程。
02
该工艺需要使用高效制冷系 统和精密的分离技术，以确 保合成的液体燃料纯度和品
质。
03
合成气液化工艺的产物为高 品质的液体燃料，如航空煤 油等，具有较高的经济价值
和环保性能。
04
煤液化技术的发展趋势与 挑战
03
煤的液化工艺类型
直接液化工艺
直接液化工艺是指将煤在氢气和催化剂的作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的 过程。
该工艺需要高温、高压的反应条件，同时对原料煤的品质要求较高，通常使用褐煤 、长焰煤等年轻煤种。
直接液化工艺的产物为液体燃料，如柴油、汽油等，具有较高的能源密度和环保性 能。
间接液化工艺
国际煤的液化技术应用案例
该案例展示了国际上煤液化技术的先进性和成熟度。 案例二：ExxonMobil煤液化技术
ExxonMobil公司是全球最大的石油和天然气生产商之一，同时也拥有先进的煤液化技术。
国际煤的液化技术应用案例
01
02
代表性项目为美国煤炭巨头皮博迪公司的煤液化项目，采用 ExxonMobil直接液化技术，年产油品数十万吨。
间接液化工艺是指先将煤转化为 合成气，再通过催化剂作用将合
成气转化为是将煤气化生成合成气，第二 步是将合成气催化转化为液体燃
料。
间接液化工艺的产物同样为液体 燃料，但可以通过调整合成气转 化催化剂的种类和反应条件，生
产不同种类的液体燃料。
合成气液化工艺
煤资源有限，且分布不均，需要 寻求其他可替代的能源资源。
高能耗与高碳排放
煤液化过程中能耗高，碳排放量大 ，需要采取措施降低能耗和碳排放 。
《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。
第2章：煤的液化与煤基化学品
2.1.2 煤液化的基本原理
煤的结构简介
煤的结构与性质研究一直是煤化学工作者关注的问题之一，相当长的时 期内停留在煤阶、煤岩类型与工艺性质的相互关系上。煤的形成、性质 和成分等的复杂性给煤的结构研究带来很多困难。
目前，由于仍不能将煤完全分离，也就无法得到它的全部结构信息，更 不可能给出它的确切结构；同时，由于其成分的复杂性，煤种间，既使 同一煤种同一矿也难以有完全相同的化学组成。所以，从这个意义上说， 获得完全确定的煤的结构也是不可能的。
（2）Hirsch 模型(1954 年)：它是根据 XRD 研究结果提出的， 直观地反映了煤化过程的物理结构变化,有代表性，应用广。
（3）Rilay(1957 年)：即乱层结构模型，适应于煤炭等高碳物料
（4）Given 模型(1960 年)：反映年轻烟煤的低稠合度（主要是 萘环），无醚键和含硫结构。
（8）交联模型(1982 年)：煤大分子间由交联键连接，可以解释 煤不能完全溶解的原因，后有改进。
（9）Shinn 模型(1984 年)：根据煤的一段或二段液化产物分 布提出，又称反应结构模型。
（10）两相或主客模型 (1984 年)：由 NMR 谱研究结果提出， 大分子网络为固定相，小分子为流动相。
Atul 等用高补强透射电镜（HRTEM）研究煤结构时发现，煤存在 无定型和有序两种结构。即使有序结构层片也不平整，而且相互之 间缺乏方向性；芳环单元相互平行，但由于存在杂原子和氢化芳环， 使之也缺乏平整和方向性。
煤的液化与汽化
煤的液化与汽化摘要：煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。
（1）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。
（2）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。
关键字：煤炭，液化，汽化煤炭直接液化是把煤直接转化成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。
典型的煤直接液化技术是在400摄氏度、150个大气压左右将合适的煤催化加氢液化，产出的油品芳烃含量高，硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。
一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。
煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。
但是适合于大吨位生产的直接液化工艺目前尚没有商业化，主要的原因是由于煤种要求特殊，反应条件较苛刻，大型化设备生产难度较大，使产品成本偏高。
煤间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。
间接液化首先将原料煤与氧气、水蒸汽反应将煤全部气化，制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的合成气（CO+H2），合成气在催化剂作用下发生合成反应生成烃类，烃类经进一步加工可以生产汽油、柴油和LPG等产品。
特点在煤炭液化的加工过程中，煤炭中含有的硫等有害元素以及无机矿物质（燃烧后转化成灰分）均可脱除，硫还可以硫磺的形态得到回收，而液体产品品质较一般石油产品更优质。
编辑本段煤间接液化技术的发展自1990年以来一直在实验室中进行固定床试验，主要目的是获得动力学参数。
Fe-Mn催化剂(ICC-IIA、ICC-IIB)和钴催化剂(ICC-IIIA、ICC-IIIB、ICC-IIIC)的研究集中在催化剂的优化和动力学研究以及过程模拟。
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Purgess 等研究了五种北美煤（三种低阶或次烟煤，两种高级 煤），发现一种高级煤在其大分子结构中含较多交联基团，而另一 高级煤则较少。说明交联基团的多少并不完全取决于煤阶，这可以 说明碳含量相近的煤为何溶胀和溶剂萃取性质存在差别。
Wertz用X-射线散射研究了一种Pittsburgh煤，发现缩合芳环结构 中最大线度约7.5Å；每个碳原子周围1.43Å内平均有2.2个邻近碳原 子，27% 以羟基碳存在，73% 以芳基存在。他用X-射线散射数据 进行三维模型计算，结果表明多环分子中存在带状C14单元。
Xiao等用IR研究了从褐煤到无烟煤芳环振动波数的变化。
煤结构研究现状
芳环结构研究 芳环结构是煤结构的主体。
Straka等用NMR、DRIFTS和XPS（X-射线光电子能谱）等技术研 究了捷克硬煤的煤岩组分结构。他们认为，煤中大分子中每个芳香簇含 3~5个环及4~5个侧链。煤中52~60%的氧以醚键存在，39~47 %以羟基存在，1%以羰基存在；氮以吡咯(N5)、吡啶(N6)、四元 环和亚硝基存在，以前两者为主，比例一般为N5/N6=1.3~1.6；硫 以噻吩和二芳基硫化物存在, 二者之比1.3~2.5。
深入揭示煤的结构可得到一系列新的有机化合物分子结构的信息，丰富 有机化学的研究内容，拓宽有机化学的研究领域。
煤中的官能团
一般认为，煤大分子含有芳香簇和多个外围附带结构，这些附带结构主 要是含有N、O和S等杂原子的官能团，其中以含氧官能团最为重要。煤 中含氧官能团主要是羧基、羟基、羰基和烷氧基等。白俊仁等对各种煤 中的含氧官能团及其含量进行了总结：
2.1.2 煤液化的基本原理
煤的结构简介
煤的结构与性质研究一直是煤化学工作者关注的问题之一，相当长的时 期内停留在煤阶、煤岩类型与工艺性质的相互关系上。煤的形成、性质 和成分等的复杂性给煤的结构研究带来很多困难。
目前，由于仍不能将煤完全分离，也就无法得到它的全部结构信息，更 不可能给出它的确切结构；同时，由于其成分的复杂性，煤种间，既使 同一煤种同一矿也难以有完全相同的化学组成。所以，从这个意义上说， 获得完全确定的煤的结构也是不可能的。
2.1.1 煤的液化及其分类
煤的液化是指煤在一定的工艺条件下，经多种化学反应，最后转变 成液体燃料的过程。按化学加工方法的不同，煤的液化分为直接液 化和间接液化两类。直接液化是指煤经高压加氢直接转化为液体产 品；间接液化指煤先气化制得合成气，再催化加氢合成液体产品如 甲醇等。
与石油不同，石油经常压蒸馏就可以得到多种产品，如汽油、柴油、 煤油等轻质产品。但常压下对煤进行加热，却难以得到轻质产品。 因为煤主要由大分子骨架和少量小分子组成，既使小分子，也多为 稠环芳烃，因此，通过直接液化得到汽油、柴油、煤油等轻质产品 是不可能的。但也正由于其结构的复杂性，使我们可以通过控制加 工过程而得到不同的产品。
2.2 煤制芳烃和其它化合物
尽管采用先进的技术一再降低煤制油的生产成本，但目前液化油的成本仍高 于石油的价格，在短期内难以与石油进行竞争。而且由于环境政策的日益严 格和人们环境意识的提高，各种新能源的陆续发现和开发利用，石油作为车 用燃料的历史也维持不了多久，煤作为液体燃料更是很遥远的事。 而根据煤液化产物中富含芳香烃类物质的特点，直接液化生产芳烃化合物有 着石油化工和煤制油所不能相比的独特的意义，具有较强的竞争力。
交联结构研究
Larsen 等在煤的吡啶溶胀实验中发现吡啶浓度（以氯苯或甲苯 为溶剂）与溶胀度的关系类似于滴定曲线。他们据此对煤中氢键数 目进行了估计，发现Illonois 6# 煤中约有 1/3 羟基形成了交 联氢键，即每 100 个碳原子约有 1~7 个交联氢键；在更高级的 Pittsburgh 8# 煤中每 100 个碳原子约有 0.3 个交联氢键。
但煤的这种与石油不同的组成和结构也给我们创造了由煤及煤液制 取芳烃高聚物的发展与机遇。从煤焦油中提取芳烃和从石油中加氢 重整精炼得到芳烃都具有局限性并且满足不了以后发展的需要。由 煤制取芳烃及芳烃高聚物不仅增强了煤液化的经济性，加强了煤液 与石油的竞争力；而从石油制取脂肪高聚物，从煤制取芳烃高聚物， 实现了物尽其用的原则。
第2章：煤的液化与煤基化学品
2.1 煤的液化及其分类
煤的液化是指煤在一定工艺条件下，经多种化学反应，最后转变成 液体燃料的过程。按化学加工方法的不同，煤的液化分为直接液化 和间接液化两类。直接液化是指煤经高压加氢直接转化为产品如甲醇 等，进而合成其它化合物，形成庞大的有机化工体系。
迄今为止，人们提出各种煤结构模型均是根据煤萃取产物、液化产物、 热解产物的结构特点进行推测而提出的假想模型。这些模型对我们认识 煤的结构和性质以及煤的利用都具有一定的意义。
随着煤科学及仪器分析技术和计算机科学技术的不断发展，煤结构的研 究肯定会取得不断进步，从而逐步接近煤的真实结构，使我们能真正科 学、合理的利用这一宝贵的化石资源。同时，
Kozlowski 等在 H-NMR 和 H-NMR 研究中发现，甲基联结于 不同的芳环结构中，而没有通过氧桥与芳环结构相连的甲基，而且 烷氧基结构并不重要（主焦烟煤、无烟煤），CH2Cl2萃取物的 IR （750 cm-1）显示大量的邻四氢芳环。
大分子结构参数研究
Pappano等用XRD和 C-NMR等技术研究一种无烟煤结构时发现， 该煤1010个碳原子才允许有18个杂原子，XRD显示其晶面间距为 12.91~2.57Å，一个薄片包含五个前石墨平面，每个平面最多含 91环最少47环，平均81环。
Roy研究指出，在一种印度高硫煤中芳环缩合度不大于2（镜质组、 壳质组中），即苯-萘结构，硫存在于杂环中，单元间的联结靠 CH2 和 CH3桥及杂环（包括含硫杂环），镜质组结构中氧（OH）比壳 质组中（CO、COOH）多。