煤直接液化概述
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。
煤的液化技术
市场发展前景
1 2 3
替代石油资源
随着石油资源的日益枯竭，煤液化技术作为一种 替代石油的能源资源，具有广阔的市场前景。
满足环保要求
煤液化技术能够降低煤炭燃烧过程中的污染物排 放，符合环保要求，有助于推动清洁能源市场的 发展。
对煤液化技术企业给予税收优惠政策，降低企业税负，提高市场 竞争力。
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出口潜力
煤液化产品如柴油、汽油等可作为燃料或化工原 料，具有较大的出口潜力，有助于提升我国能源 产业的国际竞争力。
政策支持与推动
产业政策引导
政府通过制定产业政策，鼓励和支持煤液化技术的研发和应用， 推动产业健康发展。
资金扶持
政府提供资金扶持，支持企业进行技术研发和产业化推广，减轻 企业负担。
税收优惠
润滑油
煤液化过程中产生的润滑油具有 优良的润滑性能和稳定性，可用 于机械设备的润滑。
民用燃料
燃气
通过煤液化技术得到的液化石油气可作为居民生活和商业用 途的燃气。
供暖
煤液化燃料可用于集中供暖和家庭采暖，提高居民生活质量 。
化工原料
乙烯
煤液化技术可以生产乙烯等化工原料 ，进一步用于生产塑料、合成纤维等 高分子材料。
该技术最早由南非开发，主要 产品是柴油和航空煤油等。
间接液化技术的优点是工艺流 程相对简单，对原料煤的适应 性较强，但转化效率较低，且 催化剂消耗较大。
合成气液化
合成气液化是指将合成气在一定 条件下转化为液体燃料的过程。
该技术通常采用费托合成工艺， 将合成气在催化剂作用下转化为
煤的直接加氢液化技术
自由基碎片加氢（一）
可用如下方程式表示加氢反应
R-CH2-CH2-R’→ RCH2·+R’CH2· RCH2·+R’CH2·+2H·→ RCH3+R’CH3
煤加氢液化过程包括一系列的顺序反应和平行反 应，但以顺序反应为主，每一级反应的分子量 逐级降低，结构从复杂到简单，杂原子含量逐 级减少，H/C原子比逐级上升。
直接液化工艺流程简图
催
化
剂
H2
煤煤
反
浆
应
分
提
离
质
循环溶剂
残渣
汽油 柴油
其它
工艺过程
该工艺是把煤先磨成粉，再和自身组的部分液 化油（循环制剂）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.1t 无水无灰煤可产500—600Kg油，加上制氢用 煤，约3—4t原料煤产1t油。
催化剂作用
催化剂的作用是吸附气体中的氢分子，并将其 活化成活性氢以便被煤的自由基碎片接受。一 般选用铁系催化剂或镍、钼和钴类催化剂。硫 是煤直接液化的助催化剂，有些煤本身含有较 高的硫，可少加或不加助催化剂。
催化剂的影响
催化剂是煤直接液化过程的核心技术 优良的催化剂可以降低煤液化温度，减少副
煤的直接加氢液化技术
煤直接液化反应机理
把固体煤转化为液体油，就必须采用增加温 度或其他化学方法以打碎煤的分子结构，使大 分子物质变成小分子物质，同时外界要供给足 够量的氢，提高其H/C原子比。
煤直接液化反应比较复杂，大致可分为热解、 氢转移、加氢三个反应步骤
氢源
煤在热解过程中外界不提供氢 煤在热解过程中外界不提供氢，煤热解
煤直接液化法和煤液化的基础知识
煤直接液化煤直接液化，煤液化方法之一。
将煤在氢气和催化剂作用下通过加氢裂化转变为液体燃料的过程。
因过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。
沿革煤直接液化技术早在19世纪即已开始研究。
1869年，M.贝特洛用碘化氢在温度270℃下与煤作用,得到烃类油和沥青状物质。
1914年德国化学家F.柏吉斯研究氢压下煤的液化，同年与J.比尔维勒共同取得此项试验的专利权。
1926年，德国法本公司研究出高效加氢催化剂，用柏吉斯法建成一座由褐煤高压加氢液化制取液体燃料(汽油、柴油等)的工厂。
第二次世界大战前，德国由煤及低温干馏煤焦油生产液体燃料，1938年已达到年产1.5Mt的水平，第二次世界大战后期,总生产能力达到4Mt；1935年,英国卜内门化学工业公司在英国比灵赫姆也建起一座由煤及煤焦油生产液体燃料的加氢厂，年产150kt。
此外,日本、法国、加拿大及美国也建过一些实验厂。
战后，由于石油价格下降，煤液化产品经济上无法与天然石油竞争，遂相继倒闭，甚至实验装置也都停止试验。
至60年代初，特别是1973年石油大幅度提价后，煤直接液化工作又受到重视，并开发了一批新的加工过程，如美国的溶剂精炼煤法、埃克森供氢溶剂法、氢煤法等。
埃克森供氢溶剂法简称EDS法,为美国埃克森研究和工程公司1976年开发的技术。
原理是借助供氢溶剂的作用，在一定温度和压力下将煤加氢液化成液体燃料。
建有日处理250t煤的半工业试验装置。
其工艺流程主要包括原料混合、加氢液化和产物分离几个部分（图1）。
首先将煤、循环溶剂和供氢溶剂（即加氢后的循环溶剂）制成煤浆，与氢气混合后进入反应器。
反应温度425～450℃，压力10～14MPa,停留时间30～100min。
反应产物经蒸馏分离后，残油一部分作为溶剂直接进入混合器，另一部分在另一个反应器进行催化加氢以提高供氢能力。
溶剂和煤浆分别在两个反应器加氢是EDS法的特点。
在上述条件下,气态烃和油品总产率为50％～70％(对原料煤),其余为釜底残油。
煤直接液化技术
业规模生产的煤直接液化厂，装置能力10万吨/年。
2019/11/15
煤直接液化
1983-1990 2019-
国家科学院 神华集团
12
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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煤直接液化
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
到20世纪70年代，受1973年和1979年两次世界石油危机 的影响，主要发达国家又重视煤炭直接液化的新技术开发：
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
9
1 煤直接液化技术沿革
1.2 国外煤炭直接液化技术沿革
1936-1943年为支持侵略战争，德国又有11套煤直接液化 装置建成投产，到1944年，生产能力达到423吨/年，为当 时德国战争提供所需的车用和航空燃料。那时德国直接液化 的反应压力高达70.0MPa。
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。
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。
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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
3.缩合反应
煤自由基→ 半焦 +焦炭 （需抑制）
如果自由基碎片不能及时得到氢原子，自由基就会相互结合生成分子量更大 的物质甚至结成半焦。
2.煤直接液化基本原理
煤液化溶剂 作用：溶胀分解煤粒，提供活性氢，传递氢作用 种类：四氢萘，萘，蒽，菲，煤焦油 煤液化催化剂 作用：加快煤加氢液化速度，提高转化率，油收率，降低 反应压力。 种类：金属氧化物Sn氧化物，铁系氧化物，金属卤化物
脱硫、脱氮等过程，得到合格的汽油或其他化学等产品。
3.煤直接液化工艺
3.煤直接液化工艺
3.煤直接液化工艺
二战爆发 石油危机
[1]任相坤,房鼎业,金嘉璐,高晋生.煤直接液化技术开发 新进展[J].化工进展,2010,29(02):198-204.
3.煤直接液化工艺
60年代
SRC法：是将煤用溶剂制成浆液送入反应器，在高温和氢压下，
1.煤-石油化学基础
石油：是一种粘稠的、深褐色液体，被称为“工业的血液”。主要成分是各
种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。2012年开采的石油88%被用作燃料，其 它的12%作为化工业的原料。
环烷烃
芳香烃 颜色：由所含的胶质和沥青的 比例不同而引起； 粘稠度：由石蜡含量高低决定
1.煤-石油化学基础
适合直接液化的煤种
裂解或解聚成较小的分子，生产清洁的低硫低灰的固体燃料和液体
燃料。
3.煤直接液化工艺
60年代
H-Coal法：是将煤用溶
剂制成浆液送入反应器，在 高温和氢压下，裂解或解聚 成较小的分子，生产清洁的 低硫低灰的固体燃料和液体 燃料。
3.煤直接液化工艺
70年代
IGOR工艺：IGOR工艺采用鼓
泡床反应器，减压蒸馏分离循环溶
2001 年，神华集团联合国内研究机构，成功开发了具有自主知识 产权的神华煤直接液化工艺技术。2002—2008 年，神华集团对神华 煤直接液化工艺技术进行了实验室小试、6 t/d 工艺开发中试工艺验证 及工艺条件优化试验，形成了成熟的煤直接液化工艺技术。 2004 年 8 月，神华煤直接液化示范工程项目在内蒙古鄂尔多斯市 的神东矿区开工建设。2007 年第 1 条生产线基本建成，2008 年进入 单机和各装置的全面调试阶段，2008 年 12 月 30 日投煤试运转成功。 目前神华煤直接液化示范工程项目处于正常生产阶段，日产柴油 2 000 t，产品销售势头良好。
煤液化涉及的化学反应 1.热裂解反应
煤 → 自由基碎片∑R-
煤和溶剂、催化剂配制成油煤浆和氢气混合后经泵送进入直接液化反应器进
行煤直接液化反应。煤浆在反应器中首先进行煤的热溶解。
2.加氢反应
反应器内部温度升到 250 ℃左右时，煤中一些弱键发生断裂，产生可萃取的 物质; 反应器内部温度超过 250 ℃后，煤中一些不稳定的键开始断裂; 温度超 过 350 ℃时，煤的大分子结构发生热分解反应，较弱的桥键迅速断裂，形成 反应活性很高的自由基碎片。这些自由基从供氢溶剂、溶解氢气和煤的母体 中获得氢原子并稳定下来，形成分子量分布很宽的产物，包括前沥青烯、沥 青烯等中间产物和分子量低的油或气体分子。
煤炭
石油天然气
可行性：煤与石油在化学组成和分子结构方面有相似之处，主要都
是由C，H元素所组成，但其含量各不相同。煤与石油相比、氢含量低， 氧含量高，H/C原子比低，O/C原子比高。如果创造适宜的条件使煤 的相对分子质量变小，提高产物的H/C原子比，就有可能将煤转化为 液体燃料油。
1.代
HRI工艺：煤与石油的常压
油渣、减压油渣、催化裂化油 浆、重质原油一起进行加氢。 煤油共炼技术是介于石油加氢 裂化和煤直接液化工艺之间的 一种工艺。其实质是石油油渣 作为煤直接液化的溶剂，不仅 煤液化成油，而且油渣可以裂 化为较低沸点馏分。
4.煤直接液化工业化
21世纪
神华煤直接液化项目
剂，并采用在线固定床加氢反应器 对循环溶剂和产品进行不同深度的 加氢，液化催化剂采用赤泥。由于 全部采用加氢后的供氢性循环溶剂， 煤浆性质稳定，煤浆浓度高;预热容 易，而且可以与高温分离器气相进 行换热，热利用率高。
3.煤直接液化工艺
70年代
HTI工艺：是将煤用
溶剂制成浆液送入反应器， 在高温和氢压下，裂解或 解聚成较小的分子，生产 清洁的低硫低灰的固体燃 料和液体燃料。
年老褐煤 年轻烟煤：长烟煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤
低挥发分 褐煤
烟煤
高挥发分 烟煤
次烟煤
无烟煤
2.煤直接液化基本原理
煤炭直接液化技术：通过高温高压 和催化剂的存在下，煤加氢转化成
洁净液体燃料（汽油，柴油，航空 煤油等）或化工原料的一种先进的 洁净煤技术。
固体煤
高温高压 催化剂
液体燃料
2.煤直接液化基本原理