第六章 煤的直接液化
煤直接液化概述
4.煤直接液化工业化
21世纪
神华煤直接液化项目
4.煤直接液化工业化
中国
神华煤直接 液化工艺
500万
2018~至今
——
——
>60
5.煤直接液化前景
[1]韩来喜.煤直接液化工业示范装置运行情况及前景 分析[J].石油炼制与化工,2011,42(08):47-51.
5.煤直接液化前景
谢 谢
煤直接液化（DCL）
汇报人：xie
化工学院
主要内容
1.煤-石油化学基础 2.煤直接液化基本原理
3.煤直接液化工艺 4.煤直接液化工业化 5.煤直接液化前景
1.煤-石油化学基础
原因：①我国总的能源特征是“富煤、贫油、少气”，
煤炭在我国石化能源总储量中居于首位，高达90%， 而石油和天然气储量总共不到10%。②促进煤炭产业 转型，实现煤炭清洁高效利用。
3.煤直接液化工艺
4 个主要工艺单元:
① 煤浆制备单元。将煤破碎至 0. 15 mm 以下，与溶剂、催
化剂制备成均匀的油煤浆。
② 反应单元。高温高压条件下在反应器内进行煤直接加氢反 应生成液体物。 ③ 分离单元。分离出加氢液化反应生成的气体、液化油和固 体残渣。
④ 提质加工单元。对液化油进行加氢精制，进行芳环饱和和
煤：高等植物在泥炭沼泽中持续生长和死亡，其残
骸不断堆积，经过长期而复杂的生物化学和物理化
学作用，逐步演化成泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。 由植物转化为煤要经历复杂而漫长的过程。一般需 要几千万年到几亿年的时间，整个成煤作用过程可 分为两个阶段，即由植物残骸转变为泥炭的泥炭化 作用阶段和泥炭转变为褐煤，烟煤，无烟煤的煤化 作用阶段。
2.煤直接液化基本原理
煤直接液化机理与动力学
煤直接液化机理与动力学汇报人：日期:•煤直接液化的基本概念•煤直接液化的机理•煤直接液化的动力学模型目录•煤直接液化的工艺流程与技术•煤直接液化的经济性与环境影响•煤直接液化的研究展望01煤直接液化的基本概念煤直接液化的定义煤直接液化是指将煤在氢气和催化剂的作用下，通过加氢裂化转化为液体燃料的过程。
该过程模拟了天然石油的形成过程，将固态的煤转化为液态的烃类物质。
煤直接液化的历史与发展煤直接液化的研究始于20世纪初，经历了实验室研究、中试和工业化试验等阶段。
随着技术的不断进步和环保要求的提高，煤直接液化技术逐渐成为研究的热点。
目前，我国已经建成了多套煤直接液化装置，并实现了商业化运行，为煤炭资源的清洁利用提供了新的途径。
煤直接液化能够将煤炭资源转化为清洁的液体燃料，降低对石油资源的依赖。
通过煤直接液化，可以生产出与石油产品相媲美的燃料和化工原料，满足市场需求。
煤直接液化有助于实现煤炭资源的清洁利用，减少环境污染，符合可持续发展的要求。
煤直接液化的重要性02煤直接液化的机理煤的化学结构包括芳香环、脂肪链和含氧官能团等，这些结构决定了煤的性质和反应活性。
不同煤阶的煤具有不同的化学结构和性质，对直接液化的反应性和产物特性产生影响。
煤是一种复杂的有机无机混合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。
煤的化学结构与性质煤在高温高压条件下与氢气发生反应，通过加氢催化作用将煤中的碳氢化合物转化成液态烃类物质。
液化过程中会发生一系列的化学反应，包括加氢、加氧、脱氢、脱氧等反应类型。
反应过程中需要控制温度、压力和氢气浓度等工艺条件，以实现高效、低耗的液化过程。
液化过程中的化学反应液化产物主要包括液体烃类、气体烃类和少量未转化的残煤等。
液化产物的性质和结构取决于煤的化学结构、反应条件和催化剂等因素。
液化产物中的液体烃类物质可以作为燃料油、润滑油和化学品等使用，具有较高的经济价值。
液化产物的性质与结构03煤直接液化的动力学模型描述化学反应快慢的物理量，通常用单位时间内反应物浓度的减少或产物浓度的增加来表示。
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
煤直接液化机理与动力学
煤直接液化机理与动力学contents •煤直接液化概述•煤直接液化机理•煤直接液化工艺流程•煤直接液化动力学模型•煤直接液化技术发展现状与趋势•研究展望与未来发展目录0102这一过程主要包含四个步骤：煤的破碎和干燥、氢气和催化剂的混合、高温高压下的反应以及产物的分离和提纯。
煤直接液化是一种将煤在氢气和催化剂的作用下，通过高温高压反应转化为液体燃料的过程。
煤直接液化技术的研究始于20世纪初，德国率先进行了研究和开发。
在随后的几十年中，这项技术在日本、美国、加拿大等国家得到了广泛的研究和应用。
中国也从20世纪80年代开始进行了煤直接液化的研究和开发，并成功建成了多套工业规模的煤直接液化装置。
1 2 3煤直接液化是一种将煤炭资源转化为液体燃料的有效途径，对于解决我国的能源安全问题具有重要意义。
与传统的煤炭燃烧方式相比，煤直接液化可以更有效地利用煤炭资源，减少环境污染，并且具有更高的能源利用效率。
同时，煤直接液化还可以生产出多种高附加值的化学品和燃料，进一步拓展了煤炭资源的利用途径。
煤直接液化的重要性煤的化学结构与性质煤是由多种有机化合物组成的复杂混合物，具有高分子量、多官能团和三维交联结构等特点。
煤的性质取决于其化学结构、分子量和官能团含量等因素，这些因素又受到煤的成因、变质程度和沉积环境等因素的影响。
煤在溶剂中溶解的过程是煤中有机物质向溶剂中扩散和溶解的过程，其溶解度受到溶剂的性质、温度和压力等因素的影响。
热解是煤在高温下裂解的过程，主要分为低温热解和高温热解两种。
低温热解主要发生在较低的温度下，主要生成液态产物；高温热解主要发生在较高的温度下，主要生成气态产物。
煤在溶剂中的溶解与热解氢供体与催化剂的作用氢供体是煤直接液化过程中的重要组分，主要提供氢原子以促进煤中有机物质的加氢反应。
催化剂是加速煤直接液化反应速度和提高液化油收率的的关键因素，主要分为酸性催化剂、金属催化剂和金属氧化物催化剂等。
煤直接液化工艺的原料是煤炭，需要确保煤炭的来源和品质符合要求，并进行必要的破碎、磨细等预处理。
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。
第6章煤直接液化素材
第三步： 脱杂原子反应
煤
裂解
自由基碎片
稳定
前沥青
加 氢
烯
裂
化
缩合
H
沥青烯 加氢 裂化
CO 、 CO2 CH4~C4H10 液化油 NH3、H2S H2O 残渣
高分子 化合物 焦炭
供氢 溶剂
溶剂 加氢
H2 催化加氢
煤的液化过程中生成的液态物质可以分为三类:
➢前沥青烯(mw 1000～2000)， ✓油类物质即所说的煤液化油或煤制油，
煤
溶剂
H2
高压反应器 环已浣/正已烷 抽提
可溶物 燃料油
不溶物 甲苯/苯 抽提
可溶物 沥青烯
不溶物 四氢呋喃/吡啶 抽提
可溶物 前沥青烯
不溶物 固体残渣
将煤样、溶剂和催化剂加入高压釜中，先通三次氮， 再通三次氢气赶尽空气后密封高压釜。在不断搅拌下 加热,达到反应温度后反应1h，冷却，取出液化产品过 滤，将得到的滤饼干燥后,经环己烷萃取得到油类物质, 经苯萃取得沥青烯,再经四氢呋喃萃取得前沥青烯,最后 剩余物质是未转化固体残渣部分.
反应压力 （MPa）
20 30 30 30 70 70 30 50 70 70 30 30
生产能力 （万吨/年）
65 25 22 28 13 40 28 5 70 25 60 42
前苏联：1952-1960共有11套煤直接液化和焦油 加氢液化装置，生产规模110万吨/年。
中国 ：1951年，锦州间接液化恢复运行，1967 年因发现大庆油田停产，最高年产量曾达到47 万吨/年。
(3)煤热解产生的芳烃“碎片”被加氢和加氢热解生成液化 油；
(4)通过进一步的加氢对液化油进行杂原子脱除及改质；
煤直接液化（ＰＤＦ）
煤的直接液化煤基产品燃烧固体–焦炭、炭材料转化气体–工业用燃气、民用燃气、合成气化学品–焦油化学品（芳烃）、氨、甲醇液体–车用燃料汽油间接液化（ICL）直接液化（DCL）柴油含氧燃料煤直接液化的宏观化学挥发分固定碳液体气体目的产物煤灰分残渣可利用的产物水分水煤直接液化的基本化学原理H/C = 0.8•汽油断键Coal•柴油H/C 2加氢三个目的：●煤大分子(M=5000-10000) 破碎为油小分子(M～200)●0.8H/C比从0.8 提高至1.9●从油品中脱除S、N、O等杂原子煤直接液化的基本化学原理目前的认识：和自由基大小相近的产物加氢自由基加热断键缩聚大分子固体产物煤直接液化的宏观化学煤直接液化反应的核心“自由基产生速率”和“加氢速率”匹配温度氢压400－450o C15－30 MPa工艺上如何实现？煤直接液化的过程•→煤要以粉的形式液化磨煤•固体煤粉输送？→ 管路、阀门→部分液化后怎么办？加液相介质－油（循环油）产物的分离加氢阻力？气泡•供氢溶剂•催化剂煤粒油煤直接液化过程的必备单元•磨煤（包括：干燥）•制氢（气化、水煤气变换）•制浆（煤＋油＋催化剂）•煤浆预热•液化•分离（气-液、液-液、液-固）•油品加工（脱硫、脱氮、脱氧、脱金属、芳烃转化）•残渣利用（燃烧、气化、…）煤直接液化的工艺分析: 煤油需要许多加氢过程煤(固体)加氢液体产物加氢液化过程炼油工艺煤油品•煤液化工艺缺乏对这两个过程的区分•已有的对比缺乏共同基础合理的界定：直接液化仅应包括煤（固体）的液化过程煤在不同条件下加氢的反应器数为DCL 的段数定义煤直接液化工艺“段数”的意义油加氢加热断键自由基缩聚焦煤直接液化技术的发展自由基碎片产生和加氢的平衡Two-stage-催化剂与反应器-供氢溶剂Single stage CTSL, HTI, Shenhuaa l l e v e lSingle-stage, HP Single-stageSRC, EDS, H-Coal, IGOR+, NEDOL, BCL, Pryosal, LSET e c h n i c g g190019201940196019802000•温度：变化不大（425－455 o C ）•单段→两段•压力: 70 MPa →17 MPa :•催化剂: 大颗粒→纳米颗粒•循环油加氢？现代煤直接液化工艺应有的特征•两段液化-优化裂解和加氢的匹配（温度不同）-提高转化率•超细催化剂-减少催化剂用量-加强对缩聚反应的抑制-温和液化条件（压力）•循环油加氢-提高加氢能力，强化对缩聚反应的抑制-温和液化条件一般认为煤直接液化催化剂•开始不用催化剂，油品粘度大，操作困难，70 MPa 也不行用Mo/Fe 催化剂才解决了问题。
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。
煤直接液化概述27页PPT
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某Байду номын сангаас时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
煤的直接液化ppt课件
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3
液化残渣气化 制取氢气
原料煤的破碎 与干燥
煤浆制备
液体产物分 馏和精制
工艺流程
加氢液化
气体净化
固液分离
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4
要把固体煤转化为液体油，就必须采用高温 （400ºC~470ºC）或其它化学方法打碎煤的分子 结构，使大分子物质变成小分子物质，同时要从 外界供给足够量的H，以提高H/C比。
该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的部分液 化油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450ºC） 和高压（20~30MPa）下直接加氢，获得液化油， 然后再经过提质加工，得到汽油、柴油等产品。1 吨无水无灰煤可产500~600kg油，加上制氢用煤， 约3~4吨原料煤可产1吨成品油。其工艺过程如下 图所示。
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12
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 440~460ºC。当温度超过450ºC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。
.
8
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。
.
11
按煤直接液化所使用的催化剂的成本和使用 方法分为：廉价可弃型和高价可再生型两种。
廉价可弃型催化剂由于价格便宜，在直接液 化过程中与煤一起进入反应系统，并随反应 产物排出。这类催化剂包括：黄铁矿 （FeS2）、高炉飞灰（Fe2O3）等
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。
《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。
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进料配比(质量)/%
Texas褐 煤
Maya渣 油
69.6 14.7 4.1 88.1 91.8
33.0
产物(质 量)/% 无机气 体和水
67.0
9.1 6.6
氢气消耗量/% 渣油转化率/% 煤转化率/%
C1～C3
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6.3.5 中国神华煤液化项目工艺
原料
烟煤 烟煤 褐煤 中油 中油预加氢 中油后加氢
反应压力/MPa
70 30 30～70 70 30 30
催化剂
拜耳赤泥、FeSO4•7H2O和Na2S 拜耳赤泥、草酸锡和NH4Cl 拜耳赤泥和其他含铁矿物 Mo、Cr、Zn、S，载体为HF洗过的白土 WS2、NiS和Al2O3 WS2和HF洗过的白土
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CTSL两段液化工艺：为液化的产率高达77.9%。该工艺的第一段和第
二段都装有高活性的加氢裂解催化剂，前一段可用廉价的催化剂，不必回 收，第一段反应后先进行脱灰再进行第二段反应，煤中液化残渣和矿物质 已经除去，故可采用高活性催化剂。两段反应器紧密相连，可单独控制各
自的反应条件，使煤液化处于最佳的操作状态。
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两段液化工艺：①第一段在相对温和的条件下进行，可加入或不加 入催化剂，主要目的是将煤液化获得较高产率的重质油馏分；②第二段 采用高活性催化剂，将第一段生成的重质产物进一步液化。 除反应器中的液化反应，完整工艺还应包括产物分离、提纯精制以 及残渣气化等过程。
加氢液化反应之后，液化产物将经过一系列的分离器、冷凝器和蒸 馏装置进行分离和提制加工，得到各种各样的气体、液体和固体产物。
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6.2
煤直接液化的一般工艺过程
煤的直接液化过程通常是将预处理好的煤粉、溶剂（通常 循环使用）和催化剂（有的工艺不用）按一定比例配成煤浆， 然后经过高压泵与同样经过升温加压的氢气混合，再经过加热 设备预热至400℃左右，共同进入具有一定压力的液化反应器
中进行重质液化。
单段液化：通过单一操作条件的加氢液化反应器来完成煤 的液化过程。 两段液化：煤在两种不同反应条件的反应器中加氢反应。
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6.3.2 美国H-Coal、CTSL和HTI工艺
H-Coal工艺主要特点：采用高活性的载体催化剂和流化床反应器，属于一
段催化液化工艺，由煤浆制备、液化反应、产物分离和液化油精制等组成。
核心设备：
流化床反应
器，为气、 液、固三相 流化床，装 Ni-Mo/Al2O3 催化剂。
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桥键和芳环侧链上的部分S和O原子会以H2S和H2O的形式脱出。
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煤直接液化工工艺流程
催化剂 氢气
气体Байду номын сангаас
煤 煤浆制 备单元 反应 单元 循环溶剂
煤：0.15mm 催化剂: Fe-S系 450-470 oC 17-30 MPa 380-390 oC 15-18 MPa
分离 单元
提质加 工单元
汽油 柴油 航空燃料 残渣
H-Coal工艺主要特点： ① 操作灵活性大，表现在对原料煤中的适应性和对液化产物 品种的可调性好。此工艺适用于褐煤、次烟煤和烟煤的液化反应。 同时，由于采用了催化剂，不完全依赖煤种自身的活性，因此可 以通过控制催化剂的活性来实现对液化产物的控制，并取得较好
的煤转化率。
② 流化床内传热传质效果好，有助于提高煤的液化率。 ③ 将煤的催化液化反应、循环溶剂加氢反应和液化产物精制 过程综合在一个反应器内进行，可有效地缩短工艺流程。
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6.3 几种国内外典型的直接液化技术
6.3.1 德国IG和IGOL工艺 第一段加氢：高压氢气下，煤加氢生成液体油，又称煤浆液相加氢。 第二段加氢：以第一段加氢的产物为原料，进行催化气相加氢制成品 油，又称中油气相加氢。
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表6-1 IG工艺常用的催化剂和反应条件
项目
液相加氢段
（1）液化反应和液化油提制加工在同一个高压系统内进行，即
缩短和简化了工艺过程，也可得到质量优良的精制燃料油； （2）固液分离以闪蒸塔代替了离心分离装置，生产能力大，效 率高，同时，煤液化反应器的空速也较以往有明显的增大，从而也 提高了生产能力； （3）以加氢后的油作为循环溶剂，使得溶剂具有更高的供氢性 能，有利于提高煤液化过程的转化率和液化油产率。
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（2）NEDOL工艺 在流程上与EDS工艺十分类似，先对液化重油进行加氢后再作为 循环溶剂。主要不同是其在煤浆加氢液化过程中加入铁催化剂（合成 硫化铁或天然硫铁矿），并采用更加高效和稳定的真空蒸馏的方法进 行固液分离。（如图6-9）
残渣
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6.3.4 煤油共炼工艺 煤油共炼工艺是将石油加氢裂化和煤直接液化相结合的工 艺，其实质是用石油渣油作为煤直接液化的溶剂，在反应器内， 煤加氢液化为液体油，石油渣油也进一步裂化为较低沸点的液 体油。 表6-4 煤油共炼工艺的转化率和油收率
故煤直接液化油除可作为锅炉燃料油外，还必须经过 提质加工才能作为发动机燃料进行利用。 应积极开发煤直接液化油在非燃料领域方面的用途。
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6.6 煤直接液化粗油提质加工
煤直接液化所得的产物粗油中含有各种固体残渣，主要是原料煤 中5%～10%灰分、未完全转化的煤和外加的催化剂等。
特点：① 粒度很细，粒径不到几微米，还有部分处于胶体状态；
② 黏度高，一方面因沥青烯和前沥青烯等高黏度物质所致， 另一方面因未完全转化的煤在人质中溶胀和胶溶引起； ③ 与液面之间的密度差很小。 欲得煤液化油，需要将这些固体残渣从粗油中分出。
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6.6.1 过滤
加油稀释后离心过滤；加压热过滤和预涂硅藻土后真空过滤等。 处理量小，需要较多的单体设备、较大的场地和较多的人力，且 工作环境差。 6.6.2 反溶剂法 反溶剂是指对前沥青烯和沥青烯等重质组分溶解度很小的有机溶 剂，反溶剂通常是含苯类的溶剂油。特点：瞬时偶极矩小，形成氢键 的能力弱；H/C比为1～2.5；对煤的液化产物有适当的溶解度。 当将反溶剂与料浆按（0.3～0.4）:1的比例混合后，固体颗粒会 析出和凝聚，颗粒变大，由约1μ m增大到17μ m，其沉降速度也由
气相段（Ⅰ） 气相段（Ⅱ）
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IGOR流程：可分为煤浆制备、液化反应、两段催化剂加氢、液化 产物分离和常压蒸馏、减压蒸馏等工艺过程。
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在IGOR工艺中，其液化段催化剂与IG法一样以拜耳赤泥为主， 而在固定床加氢精制工艺过程中，则改为以Ni-Mo/Al2O3为主。 表6-2 IG工艺和IGOR工艺液化产物及液化油产率比较 工 艺 IG工艺 IGOR工艺 C1～C4 19.8 17.0 IGOR工艺特点： 汽油 11.2 27.0 中油 38.8 33.5 残渣 30.2 22.5 油产率 50 60.5
大量实验表明，金属硫化物的催化活性高于其他金属
化合物，因此无论是铁系催化剂还是钼系催化剂，在进入 系统前，最好转化为硫化态形式。
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6.5 煤直接液化产物的特点
煤大分子的基本结构单元是以综合芳环（又称芳烃核）为主体， 并带有环烷侧链、杂环、氧化芳烃、脂肪族集团和含氧官能团等非 主体部分。煤直接液化只是一个催化剂加氢的过程，因此其产物液 化油也主要是由芳烃和环烷烃构成，与石油产品相比，其特点为富 含芳环和脂环，碳含量较高，氢含量较低，并含有一定量的氮、氧 和硫等杂原子。如表6-5。 表6-5 H-Coal工艺液化油与石油6#燃料油的性质比较
6.6.4 真空闪蒸
（1）工艺过程及其特点 （2）残渣的利用 ① 气化制氢
② 干馏
③ 燃烧
6.7国内外煤直接液化发展现状（略）
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H-Coal DC/TSL CTSL
11.0 9.6 8.3
17.3 19.8 18.9
30.4 37.5 44.8
14.1 12.1 4.8
90.8 90.0 90.1
75.5 80.0 85.4
美国HTI煤液化新工艺特点： （1）采用流化床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂； （2）反应条件比较温和，温度440～450℃，压力17MPa； （3）在高温分离器后面串联在线加氢固定床反应器，对液化油进 行加氢精制； （4）固液分离用超临界萃取的方法，从液化残渣中最大限度回收 重质油，从而大幅度提高了液化油的产率。
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（３）操作条件 温度和压力是直接影响煤液化反应进行的两个因素，也是最 重要的操作条件。 煤400℃开始热解，温度 过高则一次产物发生二次 热解，生成气体，使液体 产物收率降低。 不同工艺采用的温度大致 相同，为440～460℃。
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压力：目前常用的反应压力为17～25MPa。
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6.3.3 美国EDS工艺和日本NEDOL工艺
（1）美国EDS工艺：对循环溶剂进行加氢的直接液化工艺，又称供氧 溶剂煤液化工艺，即让循环溶剂在进入煤预处理过程之前，先经过固定床 加氢反应器对溶剂加氢，以提高溶剂的供氢性能。后又在最初的基础上采
用残渣回送循环的技术，发展出带有残渣循环的EDS工艺流程（如图6-8）。
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通过选取合适的催化剂和分段温度，CTSL的液化油产率和质量都有 很大的提高，也优于一些直接耦合的两段液化工艺（DC/TSL）。 表6-3 H-Coal、DC/TSL和CTSL工艺液化产物及液化油产率/%
工 艺 C1～C4 C4～199℃ 199～524℃ ＞524℃残渣 煤转化率 ＜524℃油气产率
第六章
煤的直接液化
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6.1
煤直接液化的基本原理
打断煤大分子的桥键（热解和加氢裂解）
加氢，改变分子结构，提高H/C原子比 脱除煤炭中氧、氮、硫等杂原子 脱除煤炭中无机矿物质