煤直接液化工艺条件对液化反应的影响
煤直接液化和煤间接液化综述
煤直接液化和煤间接液化综述摘要：煤的直接液化和间接液化技术经过长期发展，已形成了各自的工艺特征和典型工艺。
我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”，以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。
经过长期不断努力，我国初步形成了“煤制油”产业化的雏形，在未来将迎来更多机遇和挑战。
关键字：煤直接液化煤间接液化发展历程现状前景1.煤直接液化煤直接液化又称煤加氢液化, 是将固体煤制成煤浆, 在高温高压下, 通过催化加氢裂化, 同时包括热解、溶剂萃取、非催化液化, 将煤降解和加氢从而转化为液体烃类, 进而通过稳定加氢及加氢提质等过程, 脱除煤中氮、氧、硫等杂原子并提高油品质量的技术。
煤直接液化过程包括煤浆制备、反应、分离和加氢提质等单元。
煤的杂质含量越低, 氢含量越高, 越适合于直接液化。
1.1发展历程煤直接液化技术始于二十世纪初, 1913年德国科学家Bergius首先研究了煤高压加氢, 并获得了世界上第一个煤液化专利, 在此基础上开发了著名的I G Farben工艺。
该工艺反应条件较为苛刻, 反应温度为470℃, 反应压力为70MPa。
1927年德国在Leuna建立了世界上第一个规模为0.1Mt/a的煤直接液化厂, 到第二次世界大战结束时,德国的18个煤直接液化工厂总油品生产能力已达约4.23Mt/a , 其汽油产量占当时德国汽油消耗量的50%。
第二次世界大战前后, 英国、美国、日本、法国、意大利、苏联等国也相继进行了煤直接液化技术的研究。
以后由于廉价石油的大量发现, 从煤生产燃料油变得无利可图, 煤直接液化工厂停工, 煤直接液化技术的研究处于停顿状态。
20世纪70年代,石油危机发生后, 各发达国家投人大量人力物力进行煤直接液化技术的研发, 相继开发出多种煤直接液化工艺, 但由于从20世纪80年代后期起原油价格在高位维持的时间不长,从煤生产燃料油获利的可能性较低, 这些工艺都没有实现工业化。
1.2煤直接液化技术的工艺特征典型的煤直接加氢液化工艺包括: ①氢气制备;②煤糊相(油煤浆)制备; ③加氢液化反应;④油品加工等“先并后串”四个步骤。
煤直接液化介绍
煤炭直接液化工艺介绍摘要：中国富煤少气贫油，煤的深度加工可以一定程度上缓解对石油的依赖。
本文主要参考相关煤直接液化方面的资料，介绍了煤直接液化的机理和流程，两种典型的液化工艺（EDS工艺和IGOR工艺）。
催化剂是煤直接液化的关键，本文也简单提及了煤液化的几种催化剂，其中铁系催化剂应用最为普遍。
不同的煤炭在液化过程中的液化率是不同的，作者讨论了各种煤种的液化效率。
在煤炭直接液化的工业实现过程中，设备也是关键因素。
煤炭直接液化压力高，液化过程中多相共存，因此对设备有特殊的要求，论文对主要设备及特点做了总结。
关键词：煤炭直接液化；催化剂；煤种；设备前言石油是人类赖以生存和发展的最方便最重要的能源。
据统计，目前石油占世界能源消费结构的39%。
中国的石油资源有限，资源品位不高，难开采资源比重较大。
而中国又是一个石油消费大国，90年代以来一直靠进口石油弥补国内石油产量的不足。
随着中国经济的进一步发展，石油的供需矛盾将日益突出。
当前中国的能源产出结构中，煤炭占77.5%，石油产量只占不到10%。
据预测，全球石油可开采时间为42年，煤炭可开采时间为120年。
而在中国，石油的开采时间仅为20年，然而煤炭却可继续开发100年。
当前的世界的能源形势及中国能源资源的特点，决定了中国是以煤炭为主的能源结构。
开发基于煤炭的液体能源是未来保证中国能源安全，是使中国在能源领域不受制于人的关键之一。
当前的煤炭液化技术主要有水煤浆技术和煤炭加氢液化技术。
从20世纪30年代起，世界上许多国家都在研究开发煤直接液化制油技术，二战时期的德国曾将直接液化技术工业化，产量达到400万t/ a。
早期的技术液化压力高，油收率低，投资大，50年代由于世界石油廉价而无竞争力停产。
随着70年代世界上出现石油危机，美国、日本、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、中国、英国等又重新研究开发煤制油技术，近年来该技术在降低加氢液化压力、催化剂的使用、油渣分离等方面有了很大进展，提高了该法的整体效率。
煤的液化-精品讲解
键能/kJ.mol-1 280 248.5 273.6 238 256.9 282.8 256.9 315.1
7/28
能源与环境学院
8
2直接液化
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）
2020/6/28
能源与环境学院
14
2直接液化
工艺条件对液化反应的影响
反应压力：提高压力，增加氢分压，从而增加了溶剂中的氢浓度，最后 提高液 化反应速度
反应温度：温度提高，反应速度增加，气体产率增加
停留时间：增加停留时间，可提高转化率，尤其可提高沥青烯的转化率， 但气体产率也会有所增加
煤浆浓度：在煤浆泵工作粘度允许的前提下，煤浆浓度有一个合理值
复合催化剂
特点： 1.抑制了C11以上的高分子量烃类的生成。 2.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。
2020/6/28
能源与环境学院
21
3间接液化
3.3费托合成影响因素
1.反应 温度
化学平衡:温度升高．对F-T合成反应不利。而积炭反应为吸 热反应．过高的温度易使催化剂超温烧结，缩短了使用寿命
煤液化
直接液化
间接液化
煤液化的目的之一是做为石油的替代能源
2020/6/28
能源与环境学院
3
2.1直接液化定义
2直接液化
煤
加氢
液化油 提质加工 成品油
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。
浅析煤直接液化加氢反应影响因素
浅析煤直接液化加氢反应影响因素发表时间：2020-07-03T15:37:22.033Z 来源：《科学与技术》2020年2月第5期作者：李广杰[导读] 随着科学技术的发展，煤直接液化工艺技术也在不断的进步。
摘要：随着科学技术的发展，煤直接液化工艺技术也在不断的进步。
煤直接液化过程是十分复杂的化学反应，影响煤加氢液化的因素很多。
本文对影响液化反应的工艺条件包括煤浆浓度、循环供氢溶剂、温度、压力、停留时间、气液比、催化剂添加量等因素进行了分析，明晰了这些因素对于煤直接液化反应的正反两方面的影响，探索煤液化最佳工艺条件，提高煤直接液化项目经济性。
关键词：煤直接液化煤液化反应原理影响因素工艺条件前言：随着世界经济的发展，石油供需矛盾将会日益加剧，未来石油和天然气的最佳替代品还是煤炭，煤炭的清洁转化和高效利用，将是未来世界能源结构调整和保证经济高速发展对能源需求的必由之路。
煤炭的液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染大气的元素及灰分，获得的液体产品是优质洁净的液体燃料和化学品，因此煤炭液化将是我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。
神华鄂尔多斯煤制油作为国内首套煤直接液化制油工业化项目，为了达到最佳效益运行，公司自开工以来，不断总结调整工艺参数等反应条件提高油收率，探索装置最佳运行工况条件。
煤直接液化工艺条件各因素对直接液化反应及液化装置的商业化运行经济性均有正反两方面的影响，必须通过大量试验和经济性的反复比较来确定合适的工艺条件，本文就工艺条件煤浆浓度、循环供氢溶剂、温度、压力、停留时间、气液比、催化剂添加量等因素进行分析。
一、煤直接液化反应的原理以及相应的工艺流程1、煤直接液化的反应机理将煤炭处于高温、高压以及氢气的环境下，通过催化剂的反应的催化作用，会发生煤炭和氢气之间的反应，然后对反应后的产品进行液化蒸馏将其分成轻重两个部分。
煤加氢液化过程中，氢不能直接与煤分子反应使煤裂解，而是煤分子本身受热分解生成不稳定的自由基裂解“碎片”。
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。
煤间接液化与直接液化技术的比较及缺点
煤间接液化与直接液化技术的比较及缺点一．煤间接液化介绍煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以合成气为原料，在一定温度、压力和催化剂存在下，通过F-T合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺。
包括煤气化制取合成气、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。
煤炭间接液化技术主要有南非的萨索尔（Sasol）费托合成法、美国的Mobil（甲醇制汽油法）和荷兰SHELL的中质馏分合成（SMDS）间接液化工艺。
F-T合成的特点是：合成条件较温和，无论是固定床、流化床还是浆态床，反应温度均低于350℃，反应压力2.0-3.0MPa；转化率高，如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60％以上，循环比为2.0时，总转化率即达90％左右。
二．煤直接液化介绍煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。
煤化工监理目前国内外的主要工艺有：1.美国HTI工艺该工艺是在两段催化液化法和H－COAL工艺基础上发展起来的，采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂（GelCatTM）。
反应温度420～450℃，反应压力17MPa；采用特殊的液体循环沸腾床反应器，达到全返混反应器模式；催化剂是采用HTI 专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂。
在高温分离器后面串联一台加氢固定床反应器，对液化油进行在线加氢精制。
2.日本NEDOL工艺该工艺由煤前处理单元、液化反应单元、液化油蒸馏单元及溶剂加氢单元等4个主要单元组成。
反应压力17M～19MPa，反应温度为430～465℃；催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿。
离线加氢方式3.德国煤液化新工艺（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70MPa降至30MPa，反应温度450～480℃，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％。
煤的直接液化
4、操作条件 温度和压力是影响煤直接液化反应进行的 两个因素，也是直接液化工艺两个最重要 的操作条件。 煤的液化反应是在一定温度下进行的，不 同工艺的所采用的温度大体相同，一般为 440~460º C。当温度超过450º C时，煤转化 率和油产率增加较少，而气产率增多，因 此会增加氢气的消耗量，不利于液化。
2、直接液化的溶剂 在煤液化过程中，溶剂起着溶解煤、溶 解气相氢向煤或催化剂表面扩散、供氢或 传递氢、防止煤热解的自由基碎片缩聚等 作用。 煤的直接液化必须有溶剂存在，这也是 与加氢热解的根本区别。 通常认为在煤的直接液化过程中，溶 剂能起到如下作用：
a）将煤与溶剂制成浆液的形式便于工艺过程 的输送。同时溶剂可以有效地分散煤粒、 催化剂和液化反应生成的热产物，有利于 改善多相催化液化反应体系的动力学过程。 b）依靠溶剂能力使煤颗粒发生溶胀和软化， 使其有机质中的键发生断裂。 c) 溶解部分氢气，作为反应体系中活性氢的 传递介质；或者通过供氢溶剂的脱氢反应 过程，可以提供煤液化需要的活性氢原子。
d）在有催化剂时，促使催化剂分散和萃取出 在催化剂表面上强吸附的毒物。 在煤液化工艺中，通常采用煤直接液化后 的重质油作为溶剂，且循环使用，因此又 称为循环溶剂。
3、催化剂 选用合适的催化剂对煤的直接液化至关重要， 一直是技术开发的热点之一，也是控制工艺成 本的重要因素。 催化剂的作用机理，有两种观点：（1）催化剂 的作用是吸附气体中的氢分子，并将其活化成 为易被煤的自由基团接受的活性氢；（2）催化 剂是使煤中的桥键断裂和芳环加氢的活性提高， 或是使溶剂加氢生成可向煤转移氢的供氢体等。
对压力而言，理论上压力越高对反应越有 利，但这样会增加系统的技术难度和危 险性，降低生产的经济性，因此，新的 生产工艺都在努力降低压力条件。 早期液化反应（如德国工艺）压力 高达 30~70MPa ，目前常用的反应压力 已经降到了 17~25MPa ，大大减少了设 备投资和操作费用。
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。
现代化煤直接液化技术进展(三篇)
现代化煤直接液化技术进展我国是一个富煤贫油少气的国家，煤炭资源探明剩余可采储量为1842亿t，石油资源探明剩余经济可采储量为20.4亿t，天然气资源探明剩余经济可采储量为23900亿m3，这样的能源结构决定了中国煤炭价格要大大低于油气价格，煤炭价格的上涨速度也大大低于油气价格的上涨速度。
近年来，我国石油进口量不断增加，对外依存度已超过40%，已经严重威胁到我国国家的能源安全问题。
面对这样的现实，为了缓解我国石油严重短缺的现状，充分利用中国采储量相对较大的煤炭资源，大力推进煤液化产业的成熟与发展，越来越受到了国人的重视和青睐。
“煤制油”的科学名称为“煤液化”，实施煤液化目是事关国家能源安全的重大战略选择。
煤直接液化是国家“十五”期间12个高技术工程项目之一，受到各方关注，国外专家也积极参与[1-3]。
所谓煤液化，就是指把固体的煤炭通过化学加工的方法，使其转化为液体燃料、化工原料等产品。
根据加工路线的不同，通常把煤液化分为直接液化和间接液化两大类[4]。
一、煤化工产业科技发展现状（一）煤化工概述煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程。
从煤的加工过程分，主要包括:干馏(含炼焦和低温干馏)，气化，液化和合成化学品等。
煤化工利用生产技术中，炼焦是应用最早的工艺，并且至今仍然是化学工业的重要组成部分。
煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种气体燃料，是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。
煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。
在石油短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油。
（二）新型煤化工技术1.三种新型煤化工技术路线技术之一：煤化工产业发展最重要的单元技术--煤气化技术。
以鲁奇、德士古、壳牌等炉型最为常用，我国先后引进了上述炉型用于生产合成气和化工产品。
采用多组分催化剂，可从合成气制含60%异丁醇和40%甲醇的混合物，异丁醇脱水成异丁烯，从而可完成由合成气直接制取甲基叔丁基醚，这是一条很值得重视的由天然气和煤为原料制取高辛烷值添加剂的技术路线。
史士东—煤液化
七十年代世界石油危机以后
煤炭直接液化技术的新发展 美国的能源独立计划和洁净煤计划 日本的阳光计划 德国和欧洲 前苏联
各国煤炭直接液化技术开发情况表
国 别 装置名 规模 t/d 试验时 地点 间 开发机构 试验煤种
美 国
SRCⅠ/ Ⅱ
SRC
50
6
19741981
19741992 19791983
a
)
并可以得到 PAA、O、G的动力学关系：
dPAA kMP k(t) M a k PAA PAA dt
得到微分方程的解：
dO kMO k(t) M a k PO PAA dt dG kMG k(t) M a k PG PAA dt
t 0
方案：进一步加氢，采用Ni、Mo载体催化 剂，一般是固定床，也要在高压和较高温 度条件下，分为加氢精制、加氢改质、重 整等工艺
液化油提质加工流程
液化油的性质不同，提质加工工艺有所不同 NEDOL工艺液化油提质加工流程：
石 脑 油 加 氢 柴 油 加 氢
石 脑 油 重 整
汽油 芳烃
液化油
一 次 加 氢
kCA
CI
k9
CB
CA
k3
王勇论文模型
Ma
PAA
O
G
Mc
基本假设 1. Ma是由各种反应性能不同的若干（可以是很多）组分构成 2. 各组分的反应符合一级动力学行为 3. 各组分转化为沥青烯、油、气等产物速率常数的比例相同
对于煤的转化，
则， k
k M
i i
dM a ki M i k M a dt i
煤直接液化工艺条件对液化反应的影响
煤 分子 中的氢再分配 、 氢溶剂 碳氢键 断裂产 生 供 的氢 自由基 、氢气 中的氢分子 被催 化剂活化 、 化
学反 应 放 出 的 氢 。
液化新 工艺 ， 中的大部分研 究工 作重 点是降低 其
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 １ 的 Ｎ Ｄ ３本 Ｅ ＯＬ工 艺 、 国 的 Ｉ Ｏ 德 Ｇ Ｒ工 艺 和 美
是。 反应 条件 与老液化 工艺相 比大大缓 和 。神 华 煤 直接 液化 工艺 是 我 国拥 有 自主 知识 产权 的 目 前世 界上最 先进 的直 接液化 工艺 ． 无论 是在反 应 条件 降低上 还 是在 油 品 收率上 较 之 以前 的工 艺
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 。
自身 不 带 电 荷 ， 带 有 未 配对 电子 的分 子 碎 片 ） 但 。
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
战后 ． 中东 地 区大量 廉 价石 油 的开 发 。 炭 直接 煤 液化工厂 失去竞争力并关 闭 。２ Ｏ世纪 ７ Ｏ年代初 期， 由于世 界范 围 内 的石 油 危机 ， 炭液 化技 术 煤 又 开 始 活 跃 起 来 。 日本 、 国 、 国等 工 业 发 达 国 德 美
第４ ０卷
第 ７期
化
工
技
术
与
开
发
Ｖｏ ．０ Ｎｏ７ １ ４ ．
２ １ 年 ７月 ０１
Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ＆ Ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｅ ｃ ｌＩ ｕ ｔｙ ｃ ｎ ｌｇ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆＣｈ ｍｉ ａ ｎｄ ｓｒ
煤液化技术
溶剂精炼煤工艺（SRC）
直接液化—典型工艺
SRC-Ⅰ特点： 不用催化剂； 压力（10MPa）较低； 氢耗较低； 选用的煤种范围宽（褐煤→烟煤)； 用途广,溶剂精制煤热值134kJ/kg； 存在的问题：灰以微型固体颗粒 存在，使过滤操作困难。
直接液化—典型工艺
与SRCⅠ相比较SRCⅡ 有如下特点： （1）液体产率显著提高； （2）C1~C4 气体产率高，氢耗也高；（3）它省去过滤装置，增 加了高压气化装置；（4）煤浆循环。
（Δfa = 0.05～0.1） • 起始溶剂必须循环10次以上，溶剂性质才能达到
稳定
直接液化—催化剂
• Mo-Ni 或W-Ni型催化剂：
载体型、钼酸铵型
• Fe可弃性催化剂：
黄铁矿、赤泥、炼锌铁矾渣等 合成铁系催化剂：合成FeS2、FeOOH
• 酸性催化剂：
ZnCl2
助催化剂：S、H2S
德国IGOR 工艺
煤制原料气—煤气化方法
德士古水煤浆气化工艺
热效率较低，后续的湿法脱硫工艺困难。优势在于运行经验丰富，喷 嘴运行简化了设备系统和控制系统。对低灰分的煤效果较好。水煤浆便于 高压泵送，可以制备压力很高的粗煤气。此外，气化炉运行费用低，不像 干法烘煤那样，需要花费能量烘干煤。
但是Texaco煤气化炉喷嘴和耐火砖的寿命较短。一般烧嘴的运行周期 不超过两个月，耐火砖的寿命不超过两年，而且每次更换时间都超过一个 月。该工艺还存在黑水系统结垢，气化炉带水问题，且仅有一个烧嘴，操 作弹性低。
直接液化—反应器
鼓泡床的优缺点
优点：
• 几乎无内部构件，设备制造简单 • 气含率较高，有利于气液传质 • 利用吹冷氢控制温度
缺点：
• 液相速度低，固体颗粒会发生沉降 • 气含率高使反应器容积有效利用率降低
《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。
煤直接液化性能的影响因素浅析
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第10期·3788·化 工 进展煤直接液化性能的影响因素浅析桑磊，舒歌平（中国神华煤制油化工有限公司上海研究院，煤炭直接液化国家工程实验室，上海 201108）摘要：发展煤直接液化技术是我国缓解石油供需矛盾和保障能源安全的一个较好的战略选择，但影响煤直接液化性能的因素很多，对这些影响因素进行阐述分析是该技术进一步发展的关键。
本文首先在反应原料方面，主要综述了煤的煤化程度、官能团、显微组分和无机矿物质，催化剂的种类、特点、作用、添加量和研究热点，溶剂的种类、作用和研究现状，反应气氛的种类和作用，并指出：煤化程度适中、镜质组含量较高、灰分较低的煤更适宜作为直接液化原料；煤粉担载的原位合成高分散铁基催化剂性能较好，并且经过了工业装置的验证；含有较多部分氢化稠环芳香烃的物料适宜作为煤直接液化溶剂；氢气提供活性氢的机理及其他廉价气体替代氢气气氛还需进一步研究。
然后在工艺条件方面，主要分析讨论了反应温度、反应压力、煤浆浓度、进料空速和气液比高低的影响，认为需综合考虑较高的油收率和装置处理量及装置的平稳运行，选择适当的工艺条件。
最后指出这些工作将为煤直接液化技术的完善提供一定的参考，我国的煤直接液化产业也将取得良好的发展前景。
关键词：煤直接液化；性能；影响因素；反应原料；工艺条件中图分类号：TQ529.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）10–3788–11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2125Influencing factors of the performance of direct coal liquefaction process:a brief analysisSANG Lei , SHU Geping(Shanghai Research Institute, National Engineering Laboratory for Direct Coal Liquefaction, China Shenhua Coal toLiquid and Chemical Co., Ltd., Shanghai 201108, China)Abstract: Developing direct coal liquefaction technology is a better strategic choice for China to alleviate the contradiction between supply and demand of petroleum and guarantee energy security. However, there are many factors which affect the performance of direct coal liquefaction, and the analysis of these factors is the key to further development of the technology. First in terms of raw materials, mainly summarizes the rank of coal, functional groups of coal, macerals and inorganic minerals of coal, the type, characteristic, function, content and research hotspot of catalyst, the type, function and research status of solvent, and the type and function of reaction atmosphere. It points out the following points: The coal with modest rank, higher content of vitrinite and low content of ash is more suitable for direct liquefaction. Coal powder loaded high dispersion ferro-based catalysts by in situ synthesis is preferable, and it is verified by industry. The materials with more partially hydrogenated polycyclic aromatic hydrocarbons are suitable for direct coal liquefaction solvent. The mechanism of hydrogen to provide active hydrogen and other cheap gases to replace the hydrogen atmosphere need further study. And then in terms of process conditions, the effects of rise or decrease的清洁利用及轻烃转化。
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。
名词解释煤的直接液化
名词解释煤的直接液化煤的直接液化是一种将煤转化为液体燃料的技术过程。
通过在高温和高压下，将固态煤转化为液体燃料，可以有效提高煤的能源利用率和减少对环境的污染。
随着全球能源需求的不断增长和化石能源资源的日益稀缺，煤的直接液化技术受到了广泛的关注。
这项技术被认为是一种可行的替代能源发展方向，因为煤作为世界上最丰富的化石能源之一，具有丰富的储量和广泛的分布。
煤的直接液化技术主要有两个步骤：煤的气化和液化。
首先，在高温和缺氧条件下进行煤的气化，将固态煤转化为气体，主要产生一氧化碳(CO)和氢气(H2)等气体。
然后，在催化剂的作用下，将气态产物加氢反应，转化为液体燃料。
煤的直接液化技术的优势之一是可以有效降低煤的硫、氮等有害元素的含量。
在气化过程中，硫和氮等元素主要以气体的形式从煤中释放出来，而在液化过程中，通过催化剂的作用，这些有害元素可以被氢气还原，并形成硫化氢和氨等易于分离和处理的物质。
因此，煤的直接液化技术能够减少燃煤产生的大气污染和酸雨等环境问题。
此外，煤的直接液化技术还可以提高煤的能源利用效率。
相比于传统的燃煤发电和重油加工等过程，煤的直接液化技术可以将固态煤转化为液体燃料，包括柴油、液化石油气等。
这些燃料不仅具有更高的能源密度，而且燃烧效率也更高，能够充分释放煤的能量潜力。
因此，煤的直接液化技术在能源转型和能源结构调整方面具有重要意义。
然而，煤的直接液化技术也存在一些挑战和问题。
首先，该技术需要高温和高压等特殊的工艺条件，设备成本较高。
其次，液化过程中会产生大量的副产物，如焦化油、渣油等，对环境造成一定的负面影响。
此外，液化过程中所需的氢气等原料也会增加能源消耗和碳排放。
因此，如何有效处理这些副产物和减少能源消耗，是煤的直接液化技术亟待解决的问题。
总的来说，煤的直接液化技术具有可行性和重要性，可以有效提高煤的能源利用率和减少环境污染。
尽管存在一些挑战和问题，但通过技术创新和工艺改进，可以进一步提升该技术的经济性和环境友好性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
煤直接液化工艺条件对液化反应的影响
煤直接液化的技术从诞生到应用至今已经有100多年的历史了，随着科学技术的发展，煤直接液化的工艺技术也在不断的进步。
本文对煤直接液化的反应原理以及煤直接液化的工艺流程等进行了相应的介绍，针对工艺条件对于煤直接液化反应的影响进行了研究，采用定性定量相结合的方式对温度、压力、干煤空速以及气液比对于煤直接液化的影响进行了分析，得到了这些条件对于煤直接液化的影响，为煤直接液化工艺的提升提供了理论基础。
标签：煤直接液化工艺条件液化反应原理影响
引言
早在1913年德国人就发明了煤直接液化的技术，在二战期间该技术就得到的实际的应用和推广。
在二次世界大战结束之后，由于中东地区大量廉价的石油涌入市场，煤直接液化企业在其面前没有丝毫的抵御能力纷纷倒闭了。
大约在20世纪70年代的时候，在世界范围内出现了经济的危机，煤炭的直接液化技术又开始被重新重视起来。
尤其是美国、日本以及德国等国家在煤直接液化的技术的基础上对其进行了工艺方面的极大的改良，这些工作的目的只有一个那就是尽可能的降低煤直接液化的反应的苛刻的条件，进而在最大程度上降低煤直接液化所耗费电的成本。
目前世界上比较有代表性的煤直接液化的技术流派主要分为三种分别为美国、德国以及日本的技术。
这些煤液化的新技术中所具有的共性就是，反应的条件和原来相比已经不是那么苛刻。
神华集团的液化工艺是具有完全自主知识产权的煤直接液化的技术，该技术不论是从反应条件或者是反应的出油上和其他技术相比都具有相当的优势。
一、煤直接液化反应的原理以及相应的工艺流程
1.煤直接液化的反应机理
将煤炭处于高温、高压以及氢气的环境下，通过催化剂的反应的催化作用，会发生煤炭和氢气之间的反应，然后对反应后的产品进行液化蒸馏将其分成轻重两个部分。
通过大量的理论研究与实践证明，煤炭在高温、高压以及氢气的环境下和氢气发生反应液化的过程大致可以分为三个步骤。
首先煤炭所处的温度在300摄氏度以上的时候，煤炭就是开始受热分解，在煤炭中大分子结构的较弱的连接键开始断裂，这使得煤炭的分子结构产生了相应的变化，通过煤炭的这种分解产生了较大数量的单元分子结构的自由基，自由基的分子的数量在数百左右（虽然其不带电但是有自身所带电子的碎片）。
接着在供氢溶剂比较充足并且氢气的压力较大的环境下，自由基通过和氢气进行结合形成较为稳定的结构，最终成为沥青烯及液化油的分子。
氢气分子本身并不能与相应的自由基结合，能够和自由基相结合的是氢气的自由基，也就是氢气的原子，或者是经过活化的氢气分子，氢原子或者是活化的氢气分子的来源是煤炭中的氢、以及供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基、氢气中的氢气分子被催化激活、或者是化学反应放出的氢等。
如果在反应系统中加入水和一氧化碳，那么就会产生放出氢气的反应。
如果具有活性的氢气不足的情况下，自由基就会发生相应的反应而产生脱氢的状况，最后就会生产半焦炭或者是焦炭。
然后对于沥青烯及液化油分子继续加氢裂化使其进行分解成为更小的组成部分。
2.煤直接液化的工艺流程
在煤直接液化的工艺中较为关键的步骤有煤的烘干、破碎、制备煤浆、以及加入氢气进行液化的过程（在反应的过程中采用串联的反应器）、然后对于固体和液体进行分离、对于气体进行净化、对液体产品进行蒸馏和精制，最后在液化气中提取氢气。
液化过程就是将上述步骤过程中制成的煤浆，然后与氢气进行结合送入反应器。
在反应器当中，煤炭首先会受热发生分解，逐渐变成自由基碎片，这些自由基碎片会和反应器中的氢气进行结合发生反应，形成一种具有较小分子量的氢化物。
反应器中所产生的反应物非常的复杂，既包括气体又包括液体和固体。
气相的主要组成部分是氢气，在进行膜分离之后可以作为循环氢再进入反应器进行重复的使用;固体物质主要是没有反应的煤和无机矿物质、或者是催化剂等。
液体的油经过提质加工就会变成日常生活中所使用的汽油、以及柴油或者是航空煤油等。
重质的液体会进一步进行分解得到重油或者是其他物质，而重油又可以作为循环溶剂进行使用。
二、煤直接液化工艺条件对液化反应的影响
煤的转化率、油灰渣转化率、气体收率和液体收率是煤直接液化工艺性能的重要衡量指标。
在这些重要的指标当中，最重要的是使煤转化率、油灰渣转化率和液体收率达到最高，同时使气体收率降到最低。
在煤直接液化的工艺当中最为可控以及可调节的因素就是反应器的温度、以及反应器的压力、空速和气体同液体的比例。
操作的参数会对工艺的性能产生影响，通过对这些参数进行研究和调整能够在很大程度上改善系统的性能。
通过对过程参数的调整能够达到对产品的质量以及成本进行控制的目的，接下来本文对于工艺生产过程中的这些参数对于反应的影响进行了分析。
1.反应的温度
在煤直接液化反应的过程中最为主要的就是通过控制煤液化的温度来保证煤具有较高的转化率。
所以温度是工艺控制过程中最为主要的变量之一。
由于反应器的类型为返混式反应器，所以其内循环或者是煤浆的循环速度较高，这就导致温度的梯度非常的低。
反应器的实际加权平均床层温度应该和反应器出口的温度相差大致在2-4摄氏度之间。
从整个的反应过程来看，如果温度较高的话有利于分裂反应，但是不利于加氢反应，较低的温度才较为适合加氢反应。
2.反应的压力
操作的压力并没有真正实际的物理意义，所以自工艺设计阶段就应该将该量进行设定。
与该压力有关的就是氢气的分压，如果氢分压较高的话就会有利于加氢反应，就会降低聚合反应以及沉积反应，所以可以改善其可操作性。
足够的氢气分压能够使得反应环境维持在较好的状态。
大量试验研究证明煤液化反应速度与氢分压的一次方成正比，所以氢分压越高越有利于煤的液化反应。
3.干煤空速
反应器中需要大量的循环供氢溶剂以及足够的氢气，干煤的停留是和空速之比成正比的，在流量发生相应改变的情况下，空速的变化就会和相应的流量成一定的比例。
每台反应器都具有一定的干煤响应的速度。
但是较低的空速对于油渣的转化、以及液体收率和气体收率是非常有帮助的。
在这种情况下空速对于煤的转化率的影响比较小并且可以忽略不计，所以煤的转化率和空速之间的关系并不是很大。
4.气液比的调节
一般用气体标准化的体积流量和煤浆的体积流量的比值来表示，该比值是一个没有量纲的参数。
煤浆的密度一般来讲大于1000kg每立方米，所以一般用标准气体状态下的气体流量与煤浆流量之比来进行表示。
如果提高气体和煤浆液体的比值，那么液体状态的分子就会进入到气体分子中，气体在反应器内的停留的时间就会比液体停留的时间短，这样就会使得小分子液化油发生分裂的可能性继续减小，但是这会在很大程度上增加大分子的沥青烯以及前沥青烯在反应器中停留的时间，进而使得转化率进一步得到提高。
气液比值的提高也会使得气液混合体流动的速度增加，这也非常有利于反应器的内部反应。
但是气液比值的提高并不只是带来好的效果，气液比值的提高会提高反应器内部气体的含量，可以使得液体分子在反应器内部的停留时间减少，这样对于液体的反应是极为不利的。
另外气液比值的提高也会在很大程度上增加循环压缩机的负荷，提高能量的消耗。
所以应该设定气液之比到一个较为合适的数值。
三、结语
煤直接液化技术在我国应用已经有多年的历史了，煤直接液化的工艺步骤中的各种参数如温度、压力、空速比和气液比等都会对煤直接液化的过程产生重要的影响如能量的消耗以及转化率等，本文通过实验确定了煤直接液化工艺过程中所需要的合适的参数。
这对于推动我国煤直接液化技术的发展具有一定的作用，为该技术的进步奠定了实践基础。
参考文献
[1]董子平，闫大海，何洁，罗琳，黄泽春.煤直接液化残渣掺烧的燃烧特性及其苯系物的排放特征[J]. 环境科学研究. 2015（08）
[2]郭靖，马凤云.新疆五彩湾煤直接催化液化工艺研究[J].当代化工.2013（11）
[4]王云池.煤制油直接液化工艺技术剖析[J]. 中国石油和化工标准与质量.
2012（11）。