煤液化
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。
煤的液化技术
市场发展前景
1 2 3
替代石油资源
随着石油资源的日益枯竭，煤液化技术作为一种 替代石油的能源资源，具有广阔的市场前景。
满足环保要求
煤液化技术能够降低煤炭燃烧过程中的污染物排 放，符合环保要求，有助于推动清洁能源市场的 发展。
对煤液化技术企业给予税收优惠政策，降低企业税负，提高市场 竞争力。
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出口潜力
煤液化产品如柴油、汽油等可作为燃料或化工原 料，具有较大的出口潜力，有助于提升我国能源 产业的国际竞争力。
政策支持与推动
产业政策引导
政府通过制定产业政策，鼓励和支持煤液化技术的研发和应用， 推动产业健康发展。
资金扶持
政府提供资金扶持，支持企业进行技术研发和产业化推广，减轻 企业负担。
税收优惠
润滑油
煤液化过程中产生的润滑油具有 优良的润滑性能和稳定性，可用 于机械设备的润滑。
民用燃料
燃气
通过煤液化技术得到的液化石油气可作为居民生活和商业用 途的燃气。
供暖
煤液化燃料可用于集中供暖和家庭采暖，提高居民生活质量 。
化工原料
乙烯
煤液化技术可以生产乙烯等化工原料 ，进一步用于生产塑料、合成纤维等 高分子材料。
该技术最早由南非开发，主要 产品是柴油和航空煤油等。
间接液化技术的优点是工艺流 程相对简单，对原料煤的适应 性较强，但转化效率较低，且 催化剂消耗较大。
合成气液化
合成气液化是指将合成气在一定 条件下转化为液体燃料的过程。
该技术通常采用费托合成工艺， 将合成气在催化剂作用下转化为
煤液化工艺流程
煤液化工艺流程煤液化是一种将煤转化为液体燃料的工艺，它是一种重要的能源转换技术。
煤液化工艺流程包括前处理、液化和气体处理三个主要步骤。
首先是前处理步骤。
这个步骤的目的是去除煤中的杂质和硫、氮等有害元素，提高液化率和产物品质。
前处理主要包括煤的粉碎、干燥和固体处理等步骤。
煤的粉碎是将煤炭颗粒化，增加反应表面积，便于后续的液化反应进行。
煤的干燥是去除煤中的水分，减少反应过程中的蒸汽损失。
固体处理是通过筛分、磁选等工艺，去除煤中的杂质和硫、氮等有害元素。
接下来是液化步骤。
这个步骤是将经过前处理的煤转化为液体燃料。
液化反应主要是在高温和高压条件下进行。
液化反应采用一种或多种催化剂，通过热裂化、加氢和脱氢等反应，将煤中的大分子有机物转化为低碳分子的碳氢化合物。
液化反应可分为间接液化和直接液化两种方式。
间接液化是将煤先转化为合成气，再通过催化反应将合成气转化为合成液体燃料。
直接液化是直接将煤转化为液体燃料，不经过合成气的中间步骤。
最后是气体处理步骤。
这个步骤是将液化反应的产物从气体状态转化为液体状态。
气体处理主要包括减压、分离和精制等过程。
减压是将高压气体放出一部分压力，将气体冷却，促使其液化。
分离是将液化气体分离成液体和气体两个相分离的部分。
精制是将液体进行进一步的处理，去除其中的杂质和硫、氮等有害元素，提高液体的纯度和质量。
总的来说，煤液化工艺流程是通过前处理、液化和气体处理三个主要步骤，将煤转化为液体燃料的过程。
这种工艺通过去除煤中的杂质和有害元素，提高液化率和产物品质，实现了煤能源的高效利用，减少了环境污染。
随着技术的进步和应用的推广，煤液化工艺有望在未来发挥更大的能源转换作用。
煤炭液化
液化过程的氢耗量与煤自由氢含量关系
• 加氢液化过程中的耗量与原料 煤中的自由氢含量成反比关系。 • 泥炭的自由氢最低（3.2g/100g 碳），褐煤（4.1~4.3），烟煤 （4.0~4.4）
• 氢气占煤液化成本的比例很高，一 般为30%或更高。
溶剂的作用
• 煤炭的加氢液化中一般要使 用溶剂，因为溶剂在煤炭液 化过程中有下列左右：①热 溶解煤；②溶解氢气；③供 氢作用；④溶剂直接与煤质 反应。
催化剂在煤炭加氢液化中的作用
• ①催化剂活化反应物，加速加氢反应速度， 提高煤炭液化的转化率和油收率 • ②促进溶剂的再加氢化和氢源与煤之间的 氢传递 • ③选择性作用 • 适合于作煤加氢液化催化剂的物质很多， 铁系催化剂，Co、Mo、Ni等金属氧化物催 化剂及金属卤化物催化剂。
催化剂的活性
• 各种催化剂的活性是不相同的。造成 催化剂活性不同的决定性因素是催化 剂的化学性质和结构。催化剂在使用 过程中显示出活性的大小与下列因素 有关：①催化剂用量；②催化剂加入 方式；③煤中矿物质；④溶剂的影响； ⑤ 炭 沉 积 和 蒸 汽 烧 结 。
• 影响煤加氢难易程度的 因素是煤本身的稠环芳 烃结构，稠环芳烃结构 越密和相对分子质量越 大，加氢越难。
脱氧、硫、氮杂原子反应
• 加氢液化过程，煤结 构中的一些氧、硫、 氮也产生断链分别生 成气体而脱除。
缩合反应
• 缩合反应会生成半焦和焦炭， 使液化产率降低。为了提高 液化效率，必须严格控制反 应条件和采取有效措施，抑 制缩合反应，加速裂解、加 氢 等 反 应 。
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。
煤的液化的原理范文
煤的液化的原理范文煤的液化是指将煤转化成液体燃料的过程。
煤液化技术是一种能够提取煤炭中的有机组分并将其转化为可用燃料的重要方法。
这种技术可以将煤炭转化为不同类型的燃料，如液体燃料、煤气、石油化学原料等。
在煤液化过程中，煤炭的结构和组分会发生改变，产生一系列的液体化合物，从而形成液体燃料。
煤液化的原理主要涉及两个方面：热解和加氢。
热解是指将煤炭通过高温处理，降解成气体和液体产物的过程。
热解过程中，煤炭中的大分子有机物被分解为较小的分子，并生成大量的气体和液体产物。
加氢是指在热解过程中加入氢气，通过氢气和煤炭中的有机物发生反应，将其转化为低碳烃化合物的过程。
煤液化的过程主要分为两个阶段：煤的溶化和煤的裂解。
在煤的溶化阶段，煤炭中的有机物在高温下与溶剂发生反应，形成可溶于液体的化合物。
溶剂通常是氢气和其中一种有机溶剂的混合物，其中氢气的作用是加氢反应，而有机溶剂的作用是促进煤的溶解。
在煤的溶化过程中，煤炭中的大分子有机物会被分解为较小的分子，形成液体燃料的前体物质。
在煤的裂解阶段，溶解后的煤炭在高温和高压的条件下，通过热解反应进一步分解成低碳烃化合物。
这一过程主要包括裂解和重合反应。
裂解反应是指分子内的键被断裂，生成较小的碳链。
重合反应是指烃类分子之间的链偶合，形成较长的碳链。
热解过程中通过调节温度、压力和反应时间等条件，可以控制产物的碳数分布和品质。
煤液化技术具有以下几个优点。
首先，煤液化可以提高煤炭资源利用率，将煤炭转化为可用燃料，减少对石油等化石能源的依赖。
其次，煤液化可以降低燃料的污染性，减少大气污染和温室气体排放。
此外，煤液化还可以生产出更多的高附加值化学产品，提高煤炭综合利用的经济和环境效益。
总之，煤液化是一种可以将煤炭转化为液体燃料的重要技术。
通过热解和加氢两个过程，煤炭中的有机组分可以转化为液体化合物，形成液体燃料的前体物质。
煤液化技术有望成为未来能源领域的重要发展方向，为可持续能源的发展做出贡献。
煤液化生产工艺
液固分离
01
02
03
04
分离方法
液固分离的目的是将液化反应 后的液体和固体残渣进行分离 ，得到尽可能多的液体燃料。
离心分离
利用离心机将液化产物进行固 液分离。
过滤分离
通过过滤器将液化产物中的固 体残渣进行分离。
分离效果
液固分离的效果对后续的提质 加工和液体燃料的品质有直接
影响。
提质加工
提质加工目的
成熟阶段
20世纪中叶，德国科学家 开发出间接液化的合成气 制油技术，实现了大规模 商业化应用。
现代发展
随着科技的不断进步，煤 液化技术也在不断改进和 完善，出现了多种新型的 煤液化工艺。
煤液化生产工艺流
02
程
原料准备
原料准备
选择适合煤液化工艺的煤种，并进行 预处理，如去除杂质、破碎大块煤等 ，以确保后续工艺的顺利进行。
煤液化生产中的问
04
题与解决方案
技术问题
总结词
技术问题是煤液化生产中的主要挑战之一，包括工艺流程、设备、操作等方面的问题。
详细描述
煤液化生产工艺需要高技术水平，包括催化剂选择、反应条件控制、分离和提纯等环节，任何一个环 节出现问题都可能导致生产效率低下或产品质量不合格。此外，煤液化生产过程中还可能产生大量的 废气、废水和固废等，需要采取有效的处理措施。
经济问题
要点一
总结词
煤液化生产成本较高，市场竞争激烈，经济压力较大。
要点二
详细描述
煤液化生产需要大量的原料和能源，同时还需要高技术水 平的工艺和设备，导致生产成本较高。此外，随着环保要 求的提高和市场竞争的加剧，煤液化产品的价格优势逐渐 减弱，企业面临着较大的经济压力。为了降低成本和提高 竞争力，企业需要加强技术创新和资源优化配置，同时政 府也需要给予一定的政策和资金支持。
煤液化产物
煤液化产物煤液化是一种将固体煤转化为液态燃料的技术。
它可以将煤转化为各种不同类型的液态产品，如汽油、柴油、航空燃料和化学品。
这些产品可以直接用于交通运输、工业和农业等领域，也可以作为原料用于制造其他化学品。
一、煤液化的概述1.1 煤液化技术的发展历程1.2 煤液化技术分类1.3 煤液化技术优点与缺点二、煤液化产物的种类及特点2.1 汽油2.2 柴油2.3 航空燃料2.4 化学品三、煤液化产物的应用领域与前景展望3.1 交通运输领域3.2 工业领域3.3 农业领域3.4 化学工业领域四、煤液化产物生产过程中的环境问题及解决方案4.1 大气污染问题4.2 水污染问题五、结论一、煤液化的概述1.1 煤液化技术的发展历程煤液化技术最早起源于20世纪20年代，但直到20世纪50年代才开始得到广泛的关注和研究。
在过去的几十年中，煤液化技术得到了极大的发展，不断提高了产物质量和产量。
1.2 煤液化技术分类目前，煤液化技术主要分为两类：直接煤液化和间接煤液化。
直接煤液化是指在高温高压条件下，将固体煤转化为液态产品；间接煤液化则是先将固体煤转化为气态或半气态的物质，再将其转化为液态产品。
1.3 煤液化技术优点与缺点煤作为一种广泛存在的能源资源，在全球范围内具有重要战略意义。
相比于传统的油气资源，其储量更加丰富、分布更加广泛。
因此，开发利用煤资源具有重要意义。
但是由于传统的能源开采方式对环境造成了极大的危害，因此寻找一种更加环保、可持续的能源开发方式变得愈加迫切。
煤液化技术正是在这种背景下应运而生的。
煤液化技术具有以下优点：（1）可以将固体煤转化为液态能源，便于储存和运输；（2）可以利用低质量的煤资源，提高其利用价值；（3）可以减少对传统油气资源的依赖，具有重要的战略意义。
但是，煤液化技术也存在一些缺点：（1）成本较高，投资回报周期较长；（2）生产过程中会产生大量的二氧化碳等温害气体，对环境造成了一定压力；（3）部分产物质量不稳定，需要进一步改进。
《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。
煤液化
（3）要完成成熟的自主知识产权工艺，还需 进行吨级装置的工艺研究。 （4）煤炭直接液化技术实现商业化应用的主 要制约因素是其经济上与石油的竞争能力。 研究表明，当石油价格高于21美元/桶时， 在中国建立煤炭液化厂将具有竞争力。
谢谢大家！
总结
研究证明，适宜液化的煤一般是： a. 年轻烟煤和年老褐煤； b. 挥发分大于37% (无水无灰分基)，灰分小于10% (干燥基)； c. 氢含量大于5%，碳含量82%-85%，而H/C原子比 越高越好，同时希望氧含量愈低愈好； d. 芳香度小于0.7； e. 活性组分大于80%； f. 矿物质中富含硫铁矿。
二 煤炭液化的定义
定义：煤炭液化技术是将固体的煤炭转化为 液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技 术。 由于气体燃料的H/C原子比较大，液体燃料 次之，固体燃料的H/C原子比最小，所以煤 液化过程就要相对于原料煤而言大大提高产 品的H/C原子比。
三 煤炭液化的方法
第一，除碳——热解和溶剂萃取法，使残炭留在热 解或萃取残渣中。如：COWD法、Rockwell加氢裂 解法以及我国开发的固体热载体快速热解法。 第二，加氢——直接或间接、加或不加催化剂法， 具体方法有:伯吉乌斯法、通式煤液化法、煤—氢法 等。 第三，煤的完全分解和各种原子的重新组合 ——气化、F-T合成及Mobil MTG法。
(4) 使沥青烯转化为油类，这一过程比较缓 慢，这一过程要使强结合力的键断裂，以达 到高的油类产率，必须在高温、高压、及反 应时间较长的条件下进行加氢、脱水、杂环 打开失去杂原子和桥结构的断裂等反应。 从煤转化得到的物料中，约占质量的 10%~25%是由非共价键结合的部分形成的， 其余部分是由煤的大分子碎裂而产生的。
我们重点介绍煤的加氢液化法
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+H2)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℃以上)，高压(10MPa以上)，氢气(或CO+H2, CO+H2O)、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。
1927年德国在莱那(Leuna)建立了世界上第一个煤直接液化厂，规模10×l04 t/a。
煤液化工艺流程
煤液化工艺流程
《煤液化工艺流程》
煤液化是将固体煤转化为液体燃料或化学原料的过程，通常通过高温高压条件下，使用催化剂将煤转化为液态烃类化合物。
煤液化工艺流程包括以下几个主要步骤。
首先，煤的预处理。
这一步是为了提高煤的流性和可液化性。
煤在入口处进行破碎和磨细，以提高其表面积和可液化性。
同时，还需要进行煤的干燥，以减少后续反应中所产生的水蒸气对反应的影响。
其次，煤的气化。
在高温高压条件下，煤与气化剂（通常是氧气和水蒸气）进行气化反应，生成合成气。
合成气主要由一氧化碳和氢气组成，是后续反应的原料。
然后，合成气的催化。
将合成气在催化剂的作用下，进行费舍尔-托普反应和甲醇合成反应，将一氧化碳和氢气转化为液态烃类化合物，如甲烷、乙烯和苯等。
最后，产品的处理和分离。
经过催化反应得到的液态产物需要进行处理和分离。
通常包括升温、减压、冷凝和分离等步骤，以得到纯净的液态烃类产品。
煤液化工艺流程具有转化率高、燃料适用范围广和产品多样化的特点，可用于生产燃料油、柴油、甲醇等多种石化产品。
然而，由于煤液化工艺需要高温高压条件和大量化学品，存在能
源消耗和环境污染的问题，因此在推广应用时需要综合考虑经济性和环境友好性。
煤的液化和气化
煤的液化和气化煤的液化是先进的煤炭转化技术之一, 是以煤为原料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.一.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。
二.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70 年代以后, 德国、美国、日本等主要工业发达国家, 为提高效率、降低生成成本, 相继开发了许多我国煤炭直接液化技术的开发研究为了解决我国石油短缺的问题, 寻求廉价生产人造石油的有效途径, 我国自1980 年重新开展煤炭直接液化技术研究。
在煤炭科学研究总院北京煤化学研究所建成具有先进水平的煤炭直接液化、油品提质加工、催化剂开发和分析检验实验室, 开展了基础和技术研究, 取得了一批科研成果, 培养了一支技术队伍, 为深入进行工艺开发和筹建大型煤炭直接液化生产厂奠定了基础。
第7章 煤直接液化机理
第二阶段（慢速加氢反应阶段）
氢气 稠环产物 催化剂、氢穿梭剂 少环产物 Ea2 = 335 kJ/mol
第三阶段（缩聚反应阶段）
自由基 自由基 半焦 Ea3 = - 91.6 kJ/mol
3.煤直接液化过程
4、Stemberg提出：
4.煤直接液化机理
4.2 集合机理
5、Shan Y.T.提出的机理：
6、凌大琦等将煤看作两个不同部分，一部分反应性速度慢， HANK YOU
DH2 催化剂或矿物质 DH R ' DH2 R ' H DH
DH RH [RH DH] R ' H R ' D
终结反应 ： 2D H DH2 D
4.煤直接液化机理
4.1 自由基机理
2.Gun机理
a 引发反应 C(煤) R n Rm
0.9 0.6 0.31
4.1
1.7 0.8 0.67
11.1
1.9 1.2 0.82
21.3
1.2 0.6 0.87
25-45
0.5-1.9 0.1-0.5 -1.00
0.3-0.9
0.2 1.0 1.76 1.94 4
2.煤直接液化的实质
2.2 煤直接液化的实质
由以上比较分析，煤直接液化的实质： 破坏煤的空间立体结构（大分子结构→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基团→ H2S）； 向系统输入一定的能量，即给系统加热，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。
煤的液化
23
煤的间接液化
工业应用的铁催化剂有沉淀铁和熔铁两种： 沉淀铁催化剂 属于低温型催化剂，反应温度＜ 280℃，活性比熔铁催化剂 高，用于固定床和浆态床反应器。使用的助催化剂有Cu，K2O和 SiO2。Cu有助于氧化铁还原，SiO2是结构型助催化剂，K2O可提 高催化剂活性和选择性。为了提高活性，需用氢还原，使铁中 25％～30％还原成金属态，45％～50％还原成二价铁，制得的 铁催化剂用于 0.7 ～ 12 MPa 压力条件下合成，油收率为 140 g／m3（CO＋H2），因为它强度差，不适合用于流化床和气流床。
②石油的主体是低分子化合物，而煤的主体是高分子聚合物； ③煤中有较多的矿物质。
O
分子 H 量
5000~10000 2.4 5.0 5.5 2000 5.2 吡啶萃取物的分子量约
平均值200 5.0-6.1 11-14 14 600 25 高沸点渣油的分子量
0.32.4 4.1 11.1 21.3 25-45 以烟煤的有机结构为例：2-4个环或 0.9 更多的芳香环构成的芳核，环上含有 因此要把煤转化为油，需加氢、裂解和脱灰。 0.9 1.7 1.9 1.2 0.5-1.9 0.2 N 氧、氮、硫等官能团及侧链，成为煤 主要由直链烷烃、环烷烃和芳香烃 结构 的结构单元。由非芳香结构—CH2— 组成的混合物。但芳香烃含量 0.6 1.2 0.6 0.1-0.5 1.0 S ，— CH2—CH0.8 少。 2—或醚键—O—，—S— 连接几个结构单元（5-10个）呈现 0.31 0.67 0.82 0.87 1.00 1.76 1.94 4 H/C 空间立体结构的高分子聚合物。
25
煤的间接液化 （4）F—T合成反应器
费托合成是强烈放热反应所以，反应器设计的基点是如何排 除大量的反应热而使反应的选择性最佳、催化剂使用寿命最长、 生产最经济。
8煤炭液化
4
第二节
煤炭直接加氢液化
一、基本原理 1、煤炭与石油的基本性质比较
项目 性 态 煤炭 固体 C、H、O、N、S 缩合芳香核、含氧 缩合芳香核、 官能团、侧链 官能团、 50005000-10000 0.60.6-1.0 石油 液体 C、H、O、N、S 烷烃、环烷烃，少 烷烃、环烷烃， 量芳香烃 200 1.51.5-2.0
四、煤炭直接液化工艺
1、氢-煤法（H-Coal）工艺 氢 煤法（ Coal） 以褐煤、次烟煤或烟煤为原料， 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， 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 低硫燃料油。 合成原油或 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 可进一步加工提质成发动机燃料； 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 作锅炉燃料。 低硫燃料油作锅炉燃料。
6
3、煤炭加氢液化的反应机理
⑴煤炭加氢液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压氢气下， 煤炭加氢液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压氢气下， 随着温度的升高，煤开始在溶剂中膨胀形成胶体系统， 随着温度的升高，煤开始在溶剂中膨胀形成胶体系统，有机质 进行局部溶解，发生煤质的分裂解体破坏， 进行局部溶解，发生煤质的分裂解体破坏，同时在煤质与溶剂 间进行氢分配，350-400℃左右生成沥青质含量很多的高分子 间进行氢分配，350-400℃左右生成沥青质含量很多的高分子 物质。 物质。 ⑵在煤质分裂的同时，有分解、加氢、解聚、聚合以及脱 在煤质分裂的同时，有分解、加氢、解聚、 脱氮、脱硫等一系列反应发生，从而生成H CO、 氧、脱氮、脱硫等一系列反应发生，从而生成H2O、CO、CO2、 等气体。 NH3和H2S等气体。 ⑶随着温度逐渐升高（450-480℃），溶剂中氢的饱合程度 随着温度逐渐升高（450-480℃），溶剂中氢的饱合程度 ）， 增加，使氢重新分配程度也相应增加，就是说， 增加，使氢重新分配程度也相应增加，就是说，使煤加氢液化 过程逐步加深，主要发生分解加氢作用， 过程逐步加深，主要发生分解加氢作用，同时也存在一些异构 化作用，从而使高分子物质（沥青质）转变为低分子产物— 化作用，从而使高分子物质（沥青质）转变为低分子产物—油 和气。 和气。 7
《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 。
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煤液化
煤液化是指经过一定的加工工艺，将固体煤炭转化为液体燃料或液体化工原料的过程。
按化学加工方法的不同煤的液化可分为两类:①煤在较高温度和压力下加氢直接转化为液体产品。
煤的间接液化是指煤经气化产生合成气（CO + H2），再催化合成液体产品。
煤的液化是具有战略意义的一种煤转化技术，可将煤转化为替代石油的液体燃料和化工原料，有利于缓解石油资源的紧张局面。
从全世界能源消耗组成看，可燃矿物（煤、石油、天然气）占92%左右，其中石油44%，煤30%，天然气18%。
每个国家由于自身能源禀赋和工业发达程度的不同，各种能源所占的比重也不同。
目前全世界已探明的石油可采储量远不如煤炭，不能满足能源、石油化工生产的需求。
因此可以将储量相对较丰富的煤炭，通过煤炭液化转化为石油替代用品。
尤其由于我国相对“富煤、贫油、少气”的能源格局，煤炭液化技术对于保障国家能源战略安全和经济可持续发展具有重要的意义[1]。
煤的直接液化已经走过了漫长的历程。
1913年德国科学家F.Bergius发明了煤炭直接液化技术，为煤的加氢液化奠定了基础。
此后，德国IG公司在第二次世界大战期间实现了工业化，战后由于中东地区廉价石油的开发，煤炭液化失去了竞争力。
20世纪70年代由于石油危机煤炭液化又活跃起来。
日本、德国、美国等工业发达国家相继开发出一批煤炭液化工艺。
这些国家集中在如何降低反应条件的苛刻度，从而达到降低煤炭液化成本。
目前，世界上煤炭直接液化有代表性的是德国的IGOR工艺、日本的NEDOL工艺和美国的HTI工艺。
这些新工艺的特点是：反应条件与老液化工艺相比大大缓和，压力从40MPa降低到17-30MPa。
并且产油率和油的质量都有很大提高，具备了大规模建设液化厂的技术能力。
目前，国外没有实现工业化生产的主要原因是：由于原煤价格和液化设备造价以及人工费用偏高，导致液化成本相对于石油偏高，难以与石油竞争。
我国从20世纪70年代末开始进行煤炭直接液化技术的研究和攻关，其目的是用煤生产汽油、柴油等运输燃料和芳香烃等化工原料。
煤炭科学研究总院先后从日本、德国、美国引进直接液化试验装置。
经过近20年的试验研究，找出了14种适于直接液化的中国煤种；选出了5种活性较高的、具有世界先进水平的催化剂；完成了4种煤的工艺条件试验。
为开发适于中国煤种的煤直接液化工艺奠定了基础，成功地将煤液化后的粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油等。
目前，从煤一直到合格产品的全流程已经打通，煤炭直接液化技术在中国已完成基础性研究，为进一步工艺放大和建设工业化生产厂打下了坚实的基础。
1923年，德国出现了煤炭间接液化技术。
第二次世界大战时期，建造了9个煤炭间接液化工厂。
战后，同样由于廉价的石油开发，导致这项技术停滞不前。
之后，由于铁系催化剂的研制成功，新型反应器的开发和利用，煤炭液化技术得到了发展。
但是，由于煤炭间接液化工艺复杂，初期投资大，成本高，除了南非外，其他国家对间接液化的兴趣相对于直接液化来说逐渐淡弱。
间接液化的技术主要3种，南非的费一托合成法、美国的莫比尔法和正在开发的直接合成法。
目前间接液化技术在世界上已实现商业化生产。
全世界共有3家商业生产厂正在运行，其中有南非的萨索尔公司和新西兰、马来西亚的煤炭间接液化厂。
新西兰采用莫比尔法液化工艺，但是只进行间接液化的第一部反应，即利用天然气或者煤气化合成气生产甲醇。
马来西亚煤炭间接液化厂采用的工艺和南非的类似，但不同的是以天然气为原料来生产优质柴油和煤油。
因此，从严格意义上来说，南非的萨索尔公司是世界上唯一的煤炭间接液化商业化生产企业。
该公司生产的汽油和柴油可满足南非28%的需求量，其煤炭间接液化技术处于世界领先地位。
我国从20世纪50年代初即开始进行煤炭间接液化技术的研究，曾在锦州进行过煤间接液化试验，后因发现大庆油田而中止。
由于70年代的两次石油危机，以及“富煤少油”的能源结构带来的一系列问题，我国自80年代初又恢复对煤间接液化合成汽油技术的研究，
由中科院山西煤化所组织实施。
“七五”期间，山西煤化所的煤基合成汽油技术被列为国家重点科技攻关项目。
1989年在山西省代县化肥厂完成了小型实验。
“八五”期间，国家和山西省政府投资2000多万元，在晋城化肥厂建立了年产2000t汽油的工业试验装置，生产出了90号汽油。
在此基础上，提出了年产10万t合成汽油装置的技术方案。
目前，万吨级煤基合成汽油工艺技术软件开发和集成的研究正在进行，从20世纪90年代初开始研究的用于合成柴油的钴基催化剂技术也正处在试验阶段。
经过20年的开发和研究，目前我国已经具备建设万吨级规模生产装置的技术储备，在关键技术、催化剂的研究开发方面已拥有了自主知识产权。
我国自己研发的煤炭液化技术已达到世界先进水平。
1997-2000年，煤炭科学研究总院北京煤化所分别同德国、日本、美国有关部门和机构合作进行了云南先锋褐煤、神华煤和黑龙江依兰煤直接液化示范厂的（预）可行性研究。
此外，云南先锋、黑龙江依兰、河南平顶山、内蒙古扎赉诺尔的煤炭直接液化项目的前期工作已基本完成，目前已进入立项阶段。
此外，贵州、山东、山西、宁夏等省（区）也正在进行煤种试验和煤炭液化的前期研究工作。
2008年，神东煤田的首条煤直接液化生产线建成投产后，年用煤量345万t，可生产各种油品108万t。
在间接液化方面，2005年中科院山西煤化所与山西连顺能源有限公司就共同组建合成油达成协议，打算用3～5年时间在山西朔州建一个年产15万t合成液化油的间接液化生产厂。
2004年4月，中科院和山西省政府签署了“发展山西煤间接液化合成油产业的框架协议”，拟在5-10年内，在朔州和大同几个大煤田之间建成一个以百万吨煤基合成油为核心的、多联产特大型企业集团。
此外，中国许多煤炭企业非常关注煤炭液化技术的产业化发展，对煤炭液化项目的积极性很高，其中不少企业已完成了大量前期工作，从而对我国煤炭液化产业化进程起到了推动作用。
近年来，我国煤炭液化技术取得实质性进展。
中国目前正在兴建和拟建设的“煤液化”项目已达1600万t，总投入约150亿美元。
依据国家规划，到2020年，我国煤液化产业要形成年产6000万t的能力，今后5～10年，我国将以陕西、山西、云南和内蒙古为基地，加快推进煤炭的液化战略，以减少对国际市场石油产品的依赖，缓解燃煤引起的日益严重的环境污染。
3.1煤直接液
3.1.1煤加氢液化机理
（1）煤与石油的比较
煤与石油、汽油在化学组成上最明显的区别是煤的氢含量低、氧含量高，H/C原子比低、O/C原子比高，见表3-1。
两者分子结构不同，煤有机质是由2~4个或更多的芳香环构成、呈空间立体结构的高分子聚合物，而石油分子主要是由烷烃、芳烃和环烷烃等组成的混合物；且煤中存在大量无机矿物质。
因此要将煤转化为液体产物，首先要将煤大分子裂解为较小的分子，提高H/C比，降低O/C比·，并脱除矿物质。
（2）煤加氢液化的主要反应
煤的加氢液化与热解温度有直接的关系。
在煤开始热解温度以下一般不发生明显的加氢液化反应，而在热解固化温度以上加氢时结焦反应大大加剧。
在煤加氢液化过程中，不是氢分子直接进攻煤分子而使其裂解。
煤在加氢液化过程中首先是煤发生热解反应，生成自由基“碎片”，后者在有氢供应的情况下与氢气结合而稳定，否则就要聚合为高分子不溶物。
所以煤的初级液化过程中，热解和供氢是两个十分重要的反应。
①煤的热解
煤在隔绝空气的条件下加热到一定的温度，煤的化学结构中键能较弱的桥键断裂产生自
由基碎片，易受裂解的桥键主要有，次甲基键、含氧桥键、含硫桥键等。
热解反应式可表示为：
煤→自由基碎片ΣR·
[1]朱银惠. 煤化学. 北京：化学工业出版社，2008.194
[2]赵利安. 洁净煤技术概论. 沈阳：东北大学出版社, 2011.76-79。