煤炭直接液化原理

0.2
S
0.6
0.8
1.2
0.6
0.1-0.5
1.0
H/C(原子 比)
0.31
0.67
0.82
0.87
-1.00
1.76
1.94
4
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。
煤炭直接液化 原理
煤液化定义及其液化的实质
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。
所以有五大因素影响煤直接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。
煤化程度与煤直接液化关系
常见煤种与煤直接液化的关系
煤直接液化过程
煤的原始结构（Shinn模型）理
自由基机理 ❖ Attar机理 煤的自由基机理包括三个步骤（与化学经典的自由基机理相似）， （1）引发反应； （2）传递反应； （3）终结反应。该反应机理可表 示如下：
➢提高H/C：1)加入供氢溶剂 2)向系统加一定压力的氢气，供给反应耗 氢，并抑制成焦反应和气体生成反应。
➢ 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。
终结反应：2DgH DH2 D
❖ Gun机理
集合机理
煤是一种非常复杂的化合物，其液化产物组成也非常复杂。不能像
一般简单有机化学反应那样，按化合物的结构变化写出其分子反应式来
研究动力学。而是将液化产物分成四大类研究其动力学。
❖ Weller.S（1951年）认为沥青烯是煤液化成油类的中间物
煤 K1沥青烯 K2 油类
K1 K2 10 : 25
煤转化为沥青烯较快，沥青烯转化为油较慢。
❖ 日本的忠雄认为煤液化分为两个阶段
❖Liebenberg B.J（1973年）提出的机理为
❖ Whitehurst 认为机理如下 ❖Stemberg提出
❖Shan Y.T.提出的机理
❖凌大琦等将煤看作两个不同部分，一部分反应性慢，反应速度低，生成 沥青烯和前沥青烯；另一部分反应速度快，生成油和气体。
几种常见煤种和石油的元素组成（%）
元素
无烟煤
中等挥发 分烟煤
高挥发 分烟煤
褐煤
泥炭
石油
汽油
CH4
C
93.7
88.4
80.3
71.7
50-70
83-87
86
75
H
2.4
5.0
5.5
5.2
5.0-6.1
11-14
14
25
O
2.4
4.1
11.1
21.3
25-45
0.3-0.9
N
0.9
1.7
1.9
1.2
0.5-1.9
平均值200 高沸点渣油的分子量600
结构
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。
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。

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。

煤液化 b.煤液的体间产接物液(F化T：合先成将甲煤醇气)，化进成一CO步2和合H成2的为合汽成、气柴，油再类合。成为
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。



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。
煤直接液化的实质
煤直接液化的目的之一是做为石油的替代能源。下面是煤与石油的 异同点：
名称
煤
石油
状态
固体
液体
分子 量
5000~10000 吡啶萃取物的分子量约2000