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及PU情况介绍-神华舒歌平
• 停留时间：0.37t/m3h Residence time: 0.37t/m3h • 油收率：37% Oil Yield Rate: 37%
煤直接液化工艺发展概况
Development of DCL Process
油收率 45% 44% 51% 58% 54% 58%
日本 日本
BCL NEDOL
50 150
煤直接液化工艺发展概况
Development of DCL Process
煤直接液化工艺发展经历了三个阶段的 革命性进步。
DCL Process has reached 3 milestones
主要特征表现在循环溶剂制备工艺上， 即固液分离工艺和溶剂加工技术。
煤炭直接液化工艺发展概况
Development of Direct Coal Liquefaction (DCL) Process
煤炭直接液化工艺 DCL Process
煤炭直接液化技术1913年德国人发明，二战期间，德 国的煤直接液化工厂生产能力达到年产423万吨成品油。 DCL technology was invented in 1913 in Germany, during World WarⅡ, the country’s DCL capacity reached 4.23 million ton oil per year 目标是破坏煤的有机结构，并进行加氢，使其成为液 体产物。虽然开发了多种不同种类的煤炭直接液化工 艺，但就基本化学反应而言，它们非常接近。 There are several DCL technologies, but the basic chemical reactions are similar that destroy the to Coal’s organic structure and then hydrogenation
一图读懂神华煤直接液化之工艺机理
一图读懂神华煤直接液化之工艺机理
煤化工知库 CTX
神华煤直接液化工程是世界上第一套大型煤直接液化示范装置，具有自主知识产权，包括煤粉制备、催化剂制备、煤直接液化、加氢稳定、加氢改质、煤制氢、轻烃回收、气体脱硫、硫磺回收、酚回收等。
煤直接液化工艺机理如下：
煤直接液化工艺机理图
煤直接液化是将预先制备的煤粉分散溶解在以稠环芳烃为主的循环供氢溶剂中，在高温高压和自主知识产权的新型“863”催化剂作用下发生热解和加氢裂化反应，使煤中大分子缩合芳香环桥键断裂并加氢为低分子的液化油烃，并经常、减压蒸馏所得液化粗油中，主要是含氧、氮杂原子及固体颗粒物高的富芳烃宽馏分的重质油，进入加氢稳定工序处理。
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神华煤直接液化工艺及PU情况介绍-神华舒歌平
德国新IG工艺
Coal slurry: 40%
煤浆，40%浓度 R
Germany’s new IG Process
H S
溶剂，不含沥青
Solvent (non-bitumen)
减 压 闪 蒸
Flash Vaporization
残渣
Residue
• 操作条件：压力300bar，催化剂：赤泥
Operation condition: pressure 300bar Catalysts: Red Mud
分离单元 Separation unit
水
Water
液化油 Oil 残渣 Residue
煤炭直接液化工艺
煤炭直接液化是目前由煤生产液体产品 方法中最有效的路线。液体产率超过 70%（以无水无灰基煤计算），工艺的 总热效率通常在60-70%。
DCL is the most efficient way of Coal Liquefaction so far, through this way the Liquids yield rate over 70% (based on waterless and ashless coal) and the total thermal efficiency at 60-70%
神华煤直接液化工艺 及PDU情况介绍
Shenhua Direct Coal Liquefaction Process and PDU Introduction 舒歌平 Shu Geping 神华煤制油研究中心有限公司
Shenhua Coal Liquefaction R&D Co., Ltd
2007.6
• 停留时间：0.5t/m3h Residence time: 0.5t/m3h • 油收率：50% Oil Yield Rate: 50% • 由于溶剂中没有了沥青，处理能力增加，压力降低， 油收率增加 The pressure decreased, capacity increased and Oil Yield Rate increased, as the solvent without bitumen
煤液化技术考试复习大全
1、所谓煤炭液化，是将煤中的有机质转化为液态产物，其目的就是获得和利用液态的碳氢化合物替代石油及其制品，来生产发动机用液体燃料和化学品。
煤炭液化有两种完全不同的技术路线，一种是直接液化，另一种是间接液化。
2、煤炭的直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液体燃料，转化过程是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚，需要较高的压力和温度。
优点:热效率较高，液体产品收率高；缺点:煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。
3、煤炭间接液化是首先将煤气化制合成气（CO＋H2),合成气经净化、调整H2/CO比，再经过催化合成为液体燃料。
优点：煤种适应性较宽，操作条件相对温和，煤灰等三废问题主要在气化过程中解决；缺点:总效率比直接液化低。
煤液化的实质就是在适当温度、氢压、溶剂和催化剂条件下，提高H/C比，使固体煤转化为液体的油。
4、在煤的初级液化阶段，煤有机质热解和供氢是两个十分重要的反应。
可认为发生下列四类化学反应：（1）煤的热解（2）对自由基“碎片”的供氢（3）脱氧、硫、氮杂原子反应（4）缩合反应。
5、供给自由基的氢源主要来自以下几个方面：（1）溶解于溶剂油中的氢在催化剂的作用下变为活性氢；（2）溶剂油可供给的或传递的氢；（3）煤本身可供应的氢；（4）化学反应生成的氢。
提高供氢能力的主要措施有：增加溶剂的供氢能力；提高液化系统氢气压力；使用高活性催化剂；在气相中保持一定的H2S浓度等。
6、煤有机结构中的氧存在形式主要有：含氧官能团，如－COOH、－OH、－CO和醌基等；醚键和杂环（如呋喃）。
煤有机结构中的硫以硫醚、硫醇和噻吩等形式存在，脱硫反应与上述脱氧反应相似。
由于硫的负电性弱，所以脱硫反应更容易进行。
煤中的氮大多存在于杂环中，少数为氨基，与脱硫和脱氧相比，脱氮要困难得多。
7、为提高煤液化过程的液化效率，可采取以下措施防止结焦：（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（5）缩短反应时间。
什么是煤制油？煤制油生产工艺区别及优缺点
什么是煤制油？煤制油⽣产⼯艺区别及优缺点
煤制油（Coal-to-liquids, CTL）是以煤炭为原料，通过化学加⼯过程⽣产油品和⽯油化⼯产品
的⼀项技术，包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。
（⼀）、煤炭直接液化及优缺点
煤炭直接液化是⾸先将合适的煤磨成细粉，然后在⾼温⾼压条件下，通过催化加氢反应使煤液
化直接转化成液体燃料，转化过程是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进⾏加氢、解聚。
在精制后可制得优质的汽油、柴油和航空燃料，⼯艺过程包括煤液化、煤制氢、溶剂加氢、加
氢改质等。
⽬前，煤炭直接液化世界上尚⽆⼯业化⽣产装置，神华液化项⽬建成后，将是⼆战后世界上第
⼀套煤直接液化的⼯业化装置。
优点是热效率较⾼、液体产品收率⾼。
缺点是煤浆加氢⼯艺过程的总体操作条件相对苛刻。
（⼆）、煤炭间接液化及优缺点
煤炭间接液化是将煤炭⽓化转化为合成⽓（⼀氧化碳和氢⽓），经净化，调整H2/CO⽐，在催
化剂作⽤下利⽤费-托⼯艺合成为液体燃料（汽油、柴油和航空燃料）和化⼯原料。
南⾮和中国情况类似，也是个多煤缺油的国家。
南⾮萨索尔（Sasol）公司1955年起就采⽤煤炭
间接液化技术，⽣产汽油、煤油、柴油和⼀系列化⼯产品。
⽬前南⾮60%的运输燃料是由煤炭
提供。
优点是煤种适应性较宽、操作条件相对温和(压⼒较低)、煤灰等三废问题主要在⽓化过程中解
决。
缺点是总效率⽐不上直接液化。
两个⼯艺产品具有互补性，规模化的组合⼯艺将使下游产品的开发利⽤效益、性能和质量等超
过⽯油产品。
煤直接液化技术在中国的发展_李克健
第20卷第2期洁净煤技术Vol.20No.22014年3月Clean Coal TechnologyMarch2014煤炭转化煤直接液化技术在中国的发展李克健，吴秀章，舒歌平（中国神华煤制油化工有限公司，北京100011）摘要：中国自主建设的世界首座煤直接液化示范工程神华100万t /a 煤直接液化装置于2008年底成功试运行。
经过几年的优化和完善，2011—2013年，神华煤直接示范装置持续稳定运行、连续三年盈利。
神华煤直接液化示范工程建设、装置稳定运行并取得较好经济效益的实践表明，中国在煤直接液化领域已居于世界领先地位。
随着技术的不断进步，中国煤直接液化展现较好的发展前景，煤直接液化产业化在中国将获得稳步发展。
神华集团多年煤直接液化技术开发、工程化建设与工业化运行的实践表明：未来煤直接液化技术应在工程高度集成、产品链延伸、残渣综合利用、环保技术的开发与应用，直接液化与间接液化技术的融合，直接液化基础研究等方面进行探索和实践。
关键词：煤直接液化；示范工程；产业化中图分类号：TQ529；TD849文献标志码：A文章编号：1006－6772（2014）02－0039－05Development of direct coal liquefaction technologies in ChinaLI Kejian ，WU Xiuzhang ，SHU Geping（China Shenhua Coal to Liquids and Chemical Co．，Ltd．，Beijing 100011，China ）Abstract ：Since the first demonstration plant of direct coal liquefaction in the world ，Shenhua demonstration plant of one million of products ，was successfully trial operated at the end of 2008，the plant has gone through improvement stages to the normal production status．From 2011to 2013，the plant operated well and obtained better economic benefits．The successful design ，construction and operation of the demonstration plant has shown that China has taken the worldwide lead in the field of direct coal liquefaction．The operating experience of Shenhua Group show that ，engineering integration ，products chain extension ，residue utilization ，environmental protection technologies development ，direct and indirect coal liquefaction technologies integration ，basic study of direct coal liquefaction are the development direction．Key words ：direct coal liquefaction ；demonstration project ；industrialization收稿日期：2014－01－22；责任编辑：孙淑君DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2014．02．011基金项目：国家自然科学基金资助项目（51174274）作者简介：李克健（1956—），男，湖北宜昌人，研究员，院长，从事煤液化工艺、煤液化原料适应性评价、煤液化动力学与过程模拟、煤大分子模型、煤液化催化剂、煤液化油品、煤液化残渣利用等领域的研究。
神华煤直接液化工艺简介
神华煤直接液化工艺简介根据煤直接液化过程中溶剂的作用机理,即溶解煤并分散热解产生的自由基,和及时提供活性氢使自由基稳定,防止发生聚合反应,就要求循环溶剂具有对重质芳香物的溶解性好,同时又有能够释放出氢的化合物。
显然,合适的循环溶剂只能是含有较多稠环芳香烃并经部分加氢的物料。
一般认为,供氢溶剂中提供的氢的反应活性比气态氢要高许多,在高压催化加氢体系中,气相氢是通过与溶剂反应后再转移至煤的。
所以,对循环溶剂的加氢深度要适宜,才能保证溶剂中氢的反应活性高,数量多。
在神华煤直接液化工艺中,将常压蒸馏塔全部馏出物和减压蒸馏塔的全部馏出物进入T-Star装置,按供氢溶剂要求的深度加氢后提供供氢溶剂。
煤浆制备采用全部供氢溶剂配制。
神华煤直接液化工艺采用全部加氢溶剂后,煤浆浓度为45%时,粘度为90厘泊(60℃),煤浆浓度为48%时,粘度为240厘泊(60℃)。
采用减压蒸馏,并通过对其馏份油进行适宜深度的加氢后,作为循环溶剂是保证循环溶剂质量的可靠方法。
因为减压蒸馏分离出的重油含有大量的稠环芳烃,只含极少量的沥青和固体物,通过控制加氢深度来部分饱和稠环芳烃,是其即有溶解分散能力,又有供氢性能。
并且以此溶剂可以配制高浓度的油煤浆,而油煤浆的粘度却适中。
同时,由于溶剂性能的提高,液化条件可以大大缓和,煤在反应器的停留时间可以大大减少,反应器利用率可以提高。
煤液化反应中,除了含有液化生成油外,还含有大量的固体残渣(包括灰和未转化的煤与催化剂)以及沥青类。
因此,对煤液化反应生成物的固液分离,是构成煤液化工艺的一个重要部分。
众所周知,已有的煤液化固液分离方案包括:减压蒸馏、过滤分离和溶剂萃取等。
考虑到技术可靠性、设备的适用性和对分离出的固、液要求指标,以及这些技术在现有工业上的使用效果和成熟程度。
神华煤液化项目选择减压蒸馏技术来分离固液,原因是:1)该技术在炼油化工领域大量使用并且十分成熟;2)采用该技术所获得的油收率并不低。
为了国家的能源安全——写在神华集团百万吨级煤直接液化关键技术及示范项目通过鉴定之际
座 座 大 山 ，如 今他 们 正 以如 虹 的
气 势 向着 更高 的 目标 进 发 。
高路 入云景色新
如果 说 煤 直 接 液 化 工 程 是 化 工 行 业 的珠 穆 朗玛 峰 ，那 么神 华 就 是 那 敢 于攀 登 最 高峰 的登 山者 。
容辞 的责任。经过刻苦研发， 神华煤 制油人集成创新了降膜式多效蒸发 等多项环保技术 ， 实现污水全部回收 利用，气体达标排放 ，液化残渣、气 化和锅炉灰渣全部综合利用。 尤为值 得一提的是， 探索研究了二氧化碳捕 集和封存 （ Ｃ ）关键技术 ，并实施 Ｃ Ｓ
斯煤直接液化工程现场视察。在工 程建设期间， 吴邦国委员长、 温家宝 总理等国家领导人 陆续到工程现场
视 察 。给 了神 华 煤 直 接 液 化 工程 建
在神 华的科技攻关过程 中 ，主要有 四个技术 “ 瓶颈” “ ， 一是如何在缓和 的条件下， 提高转化效率；二是如何
防止矿物质的沉 积和煤浆的结焦 ； 三是如何减缓设备 的磨损 ，延长操
伟大的事业 ， 神华人倾尽全力。 在这 次鉴定会上 ，神华集 团总经理张玉
卓 动情 地说 ：“ 十 年 的研 究 开发 和 在
成和运行方面进行全面的技术革新 。 针对 “ 煤直接液化核心工艺放 大、 超大型设备制造和安装、 首套工 业化示范装置 的安全稳定长周期运
行 ” 大世界 性技 术难题 ， 三 神华集 团 在 工 程化 过 程 中 ，开 发 了 防止 反 应
严峻 的现实迫使神华人忧国家 之忧 ，急国家之急 ，经过反复论证、
申报 ， ０４ ， ２０ 年 国家发 改委批 复 了煤
直接 液化项 目第一条 生产线开工 。
从 此 ，鄂 尔 多斯 大 漠 边 上 多 了一 群
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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。
2)油收率高。
神华煤直接液化工艺由于采用
高活性的液化催化剂，添加量少，蒸馏油收率高。
3)稳定性好。
神华煤直接液化工艺采用经过
加氢的供氢性循环溶剂，溶剂性质稳定，煤浆具有较
好的输送性和较高的稳定性。
同时神华煤直接液化
工艺采用悬浮床加氢反应器，实现循环溶剂和液化
初级产品的稳定加氢，提高神华煤直接液化工艺的
整体稳定性。
4)反应条件缓和。
神华煤直接液化工艺中溶
剂采用全部加氢的供氢性能好的循环溶剂以及高活
性、高分散性合成铁煤液化催化剂，降低煤液化反应
的苛刻条件，同时可以保证煤的液化转化率，反应温
度455 ℃，反应压力19 MPa。
神华煤直接液化工程化技术的创新点
神华煤直接液化示范工程全部流程包括自备热
电厂、备煤、催化剂制备、煤直接液化、加氢稳定(溶剂加氢)、加氢改质、轻烃回收、含硫污水汽提、脱硫、硫磺回收、酚回收、残渣成型、两套煤制氢和两套空分等装置。
神华煤直接液化示范工程流程如图 2
所示。
神华集团在全世界范围内首次采用新一代煤直
接液化技术建设百万吨级煤直接液化示范工程，克
服了许多世界性工程难题
克服煤中矿物质在反应器中的沉积
防止煤中矿物质在反应器内沉积需要煤浆及其
反应器有足够的空塔液速。
在设定的反应时间内，
虽然矿物质的聚合不可避免，但反应器内有足够的
空速能将聚合长大的矿物质悬浮起来，利于排出反
应器;反应器主体部分物料实现单向流动，不能出现
混乱流。
运行的煤液化示范装置反应器拆检结果表
明，反应器内无沉积物。
4. 2 实现高温、高差压减压阀长周期运行
煤液化反应后，含固物料首先要经过减压阀进
入减压蒸馏系统进行固液分离。
减压阀要在高温、
高差压和含固物料高速冲刷的环境下正常工作，所
以减压阀是煤直接液化最关键的设备之一。
神华采
用一开三备的五通减压阀，实现完全线性控制，即使
在异常情况下也能有较大的流量弹性。
阀内部结构
采用合适孔径并增加限流孔板通道长度等措施，让
介质在孔道尾部气化，实现了相变前(液相)控制流
量，同时增加阀座磨损面积。
在阀座、阀芯采用复合材料替代单一的碳化钨材料，克服了全部碳化钨材
料阀座、阀芯易碎的缺点。
长周期运行结果表明，神华减压阀单阀最长运行时间达到2519 h。
4. 3 成功解决反应器和热高分器结焦难题
防止反应器结焦是煤液化的世界性难题。
神华
采取预加氢的供氢性溶剂作为过程循环溶剂，提高
溶剂供氢性能;采用纳米催化剂不但可以提高活性，
而且反应热也可以及时扩散，防止以催化剂为焦核
的结焦现象产生;优化操作方法，防止反应器底部循
环泵抽空导致的床层塌陷，使反应器温度突然升高。
热高分器与反应器不同的是液相贫氢。
神华采
用降低热高分温度，小于420 ℃，降低液相在高温的停留时间，小于5 min，采用切线螺旋进料，使液相起到搅拌作用，防止静止沉积;采用高压冲洗油，在气
液交界面喷淋，防止由于气液交界面波动而产生沉
积和结焦。
煤液化示范装置运行实践表明，这些措
施有效解决了反应器和热高分器的结焦问题。
5 煤直接液化技术展望
神华煤直接液化经过近 5 a 的示范运行表现出
良好势头，装置能够在短时间达到长周期稳定运行
并实现盈利。
中国煤直接液化技术代表了世界煤液
化技术领先水平，国家发改委授予神华集团“煤炭
直接液化国家工程实验室”称号。
神华集团2009—2011 年在神华煤制油化工有
限公司上海研究院内建成了“煤炭直接液化国家工
程实验室”，包括煤直接液化工艺技术开发平台在
内的7 个研发平台已投入使用，为中国继续在煤直
接液化技术领域保持领先地位奠定了基础。
根据多
年煤直接液化技术开发、工程化建设与工业化运行
的实践，笔者认为未来煤直接液化技术应在以下方
面进行探索和实践。
1)煤直接液化工程高度集成创新。
煤直接液
化工程包括煤直接液化核心单元、煤液化油品提质
加工单元、煤制氢与氢气压缩单元、空分单元、自备电站、工艺废水处理单元和公用工程等单元。
每一
个单元都是规模庞大且相对独立的生产单元。
这些。