煤化学-煤的直接液化课后作业

煤化学
第三章煤的直接液化
1、简述煤直接液化的主要过程。

煤直接液化主要包括两个阶段：煤的热解和催化加氢。

热解阶段：煤首先发生热解反应，产生自由基“碎片”；
催化加氢阶段：自由基在有氢条件下与氢结合而稳定，否则发生缩聚。

并伴随着脱杂原子和结焦反应。

煤结构中的一些氧、硫、氮也产生断裂，分别生成H2O（CO2/CO)、H2S和NH3气体而被脱除。

结焦反应是由于温度过高或供氢不足，煤热解的自由基碎片彼此发生缩合反应，生成半焦和焦炭。

2、简述煤直接液化工艺中循环溶剂的作用。

煤的直接液化必须有溶剂存在，这也是其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：
（1）、输送：将煤与溶剂制成浆液的形式便于工艺过程的输送。

（2）、反应介质，提供传热、传质：可以有效地分散煤粒子、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。

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。

（3）、直接或间接地参与反应：依靠溶剂能使煤粒发生溶胀和软化，使其有机质中的键发生断裂；
（4）、供氢和传递氢的作用：部分饱和的多环芳烃都具有供氢能力，如四氢萘和1,4-二氢萘。

而十氢萘由于结构稳定，含氢量虽然最多，
但供氢能力很差。

（5）、对氢气的溶解作用：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
化所需的活性氢原子。

（6）、溶剂抽提作用：萃取作用。

一般来说，煤焦油馏分和煤液化油对煤都有较好的溶解和分散能力。

3、简述煤直接液化的HTI工艺，以及该工艺的特点。

（1）、HTI工艺：
HTI工艺是在H-Coal工艺和CTSL工艺的基础上，采用近十年开发的悬浮床反应器和HTI研发的胶体铁基催化剂而开发的一种煤加氢液化工艺。

将原料煤和催化剂以及循环溶剂制浆，通入氢气进入预热器，再依次进入两个串联的沸腾床三相反应器，发生热解和加氢反应，液化后进入分离器，轻质组分从上部进入加氢反应器再次加氢，进入分离器和常压蒸馏装置，得到高质量的油品。

重质组分从分离器下部进入减压蒸馏装置，采取溶剂萃取脱灰的方式进行固液分离，液态油品作为循环油溶剂，回到制浆装置，固态残渣排出。

（2）、特点：
a、用胶态铁Fe催化剂代替Ni/Mo催化剂，降低催化剂成本。

同时用胶态铁催化剂比常规铁系催化剂活性明显提高，催化剂用量少，相对可以减少固体残渣夹带的油量；
b、采用外循环全返混三相浆态床（鼓泡床）反应器，强化传
热、传质，提高反应器处理能力；
c、对液化粗油进行在线加氢精制，进一步提高了馏分油品质；
d、反应条件相对温和，反应温度440~450oC，压力17MPa，
油收率高，氢耗低；
e、固液分离采用溶剂萃取脱灰，使油收率提高5%。

总油收
率约67%。

4、煤直接液化的主要影响因素有哪些？
（1）、原料煤的性质；
挥发分要高（>35%)；灰分一般<10%；H/C高；镜质组、半镜质组和壳质组多，有含氧官能团，煤的可磨性要好都能促进煤的直接液化。

（2）、循环溶剂的性质；
能有效溶解煤，又能促进氢转移有利于催化加氢。

（3）、催化剂；
产生了活性氢原子，通过溶剂为媒介实现了氢的间接转移，使得各种液化反应得以顺利进行。

（4）、反应温度和压力。

反应温度：一般440-470oC。

反应温度高，可以提高转化
速率，特别是能促进沥青向油的转化。

但温度过高会增加
结焦的危险性和产生更多的气体。

反应压力：氢气在煤浆中的溶解度随压力增加而增加。

由
于煤液化的温度很高，故只有采用较高的压力才能保证气
相中有足够高的氢气分压。

目前一般在20MPa以下。