煤液化(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
煤炭液化技术
煤炭液化技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII煤炭液化技术[编辑本段]煤炭液化技术煤炭液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。
根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类：一、直接液化直接液化是在高温（400℃以上）、高压（10MPa以上），在催化剂和溶剂作用下使煤的分子进行裂解加氢，直接转化成液体燃料，再进一步加工精制成汽油、柴油等燃料油，又称加氢液化。
１、发展历史煤直接液化技术是由德国人于1913年发现的，并于二战期间在德国实现了工业化生产。
德国先后有12套煤炭直接液化装置建成投产，到1944年，德国煤炭直接液化工厂的油品生产能力已达到423万吨/年。
二战后，中东地区大量廉价石油的开发，煤炭直接液化工厂失去竞争力并关闭。
70年代初期，由于世界范围内的石油危机，煤炭液化技术又开始活跃起来。
日本、德国、美国等工业发达国家，在原有基础上相继研究开发出一批煤炭直接液化新工艺，其中的大部分研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低煤液化油生产成本的目的。
目前世界上有代表性的直接液化工艺是日本的NEDOL工艺、德国的IGOR工艺和美国的HTI工艺。
这些新直接液化工艺的共同特点是，反应条件与老液化工艺相比大大缓和，压力由40MPa降低至17～30MPa，产油率和油品质量都有较大幅度提高，降低了生产成本。
到目前为止，上述国家均已完成了新工艺技术的处理煤100t/d级以上大型中间试验，具备了建设大规模液化厂的技术能力。
煤炭直接液化作为曾经工业化的生产技术，在技术上是可行的。
目前国外没有工业化生产厂的主要原因是，在发达国家由于原料煤价格、设备造价和人工费用偏高等导致生产成本偏高，难以与石油竞争。
２、工艺原理煤的分子结构很复杂，一些学者提出了煤的复合结构模型，认为煤的有机质可以设想由以下四个部分复合而成。
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
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。
现代化煤直接液化技术进展
现代化煤直接液化技术进展煤直接液化技术是将煤转化为液体燃料的一种重要技术，具有丰富的储量、分布广、资源再生利用等优点。
在现代化煤直接液化技术的研发过程中，不断取得了重要的进展。
本文将从工艺路线、催化剂、反应器设计以及环境保护等方面对煤直接液化技术的现代化进展进行详细介绍。
煤直接液化技术的工艺路线有很多种，其中常用的有两种：一是常压下的合成法，通过在常压下将煤与合成气进行反应，生成液体燃料；二是高压下的合成法，通过在高压条件下对煤进行加氢反应，生成液体燃料。
这两种工艺路线各有优缺点，需要根据煤的性质和环境条件进行选择。
在煤直接液化技术的研发中，催化剂的研究是一个关键环节。
通过选择合适的催化剂，可以提高反应速率、降低反应温度、增加产液率等。
目前，常用的催化剂有铁基、镍基、钼基等。
其中，铁基催化剂具有活性高、稳定性好、成本低等优点，是研究的热点之一。
同时，还可以通过改变催化剂的组成和结构来调节反应产物的组成和性质，进一步提高煤直接液化技术的效果。
反应器设计是煤直接液化技术研发中的另一个重要方面。
不同的反应器设计会对反应过程和产物分布产生影响。
常见的反应器有搅拌式反应器、流化床反应器、管式反应器等。
其中，搅拌式反应器由于其较好的传热和传质性能，被广泛应用于煤直接液化技术中。
同时，还可以通过改变反应器的工艺参数，如温度、压力、气体流量等，来调节反应过程和产物品质。
在煤直接液化技术的现代化研发中，环境保护是一个不可忽视的因素。
在煤直接液化反应中，会生成大量的尾气和废水，其中含有大量的有害物质，如硫化物、氰化物等。
这些物质的排放对环境和人类健康都带来了巨大的风险。
因此，在煤直接液化技术的研发过程中，需要加强对尾气和废水的处理和治理技术的研究。
同时，还需要通过改进工艺流程，减少有害物质的生成和产生。
总之，现代化煤直接液化技术在工艺路线、催化剂、反应器设计以及环境保护等方面都取得了重要的进展。
通过不断创新和改进，煤直接液化技术有望成为重要的替代能源技术，为能源结构转型和环境保护做出重要贡献。
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直接液化工艺
1.德国IGOR工艺 2.美国HTI工艺 3.日本的NEDOL工艺 4.俄罗斯FFI工艺
Thanks！
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①使用有供氢性能的溶剂；
②提高系统氢气压力；
③提高催化剂的活性；
④保持一定的H2S浓度等。
煤加氢液化原理
3.加氢液化的产物
固体残渣： 是不溶于吡啶或四氢呋喃部分，它是由未转化的煤、矿 物质和外加催化剂组成。 气体（包括两部分）：
①杂原子的H2O，H2S，NH3，CO2和CO等； ②气态C1-C4。其产率与煤种和工艺条件有关。
★反应中氢的来源有几个方面：
①溶解于溶剂中的氢在催化剂作用下变为活性氢 （氢气中的氢分子被催化剂活化）；
②溶剂油提供的或传递的氢 （供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基）；
③煤本身可供氢 （煤分子中碳氢键断裂产生的氢自由基）； ④化学反应生成的氢 （如CO+H2O→CO2+H2）。★采Βιβλιοθήκη 以下措施对供氢有利：煤液化
（直接液化）
煤液化 Coal liquefaction
煤液化技术是把固体 煤炭通过化学加工过程， 使其转化成为液体燃料、 化工原料和产品的先进洁 净煤技术。
煤液化
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煤液化技术分类
煤加氢液化原理 煤直接液化工艺
煤液化技术分类
1.煤炭直接液化工艺
直接液化是在高温（400℃以上）、高压（10MPa以上），在催 化剂和溶剂作用下使煤的分子进行裂解加氢，直接转化成液体燃料， 再进一步加工精制成汽油、柴油等燃料油，又称加氢液化。
液体：
①前沥青烯： 是指不溶于苯但可溶于吡啶和四氢呋喃的重质煤液化产物， 其平均分子量约1000，杂原子含量较高。
②沥青烯： 是指可溶于苯，但不溶于正己烷或环己烷的部分，类似石 油沥青质的重质煤液化产物，其平均分子量约为500。 ③油： 是轻质的可溶于正己烷或环己烷的产物，其分子量大约在 300以下。 轻油或石脑油：沸点<200℃部分；中油：沸点200～ 325℃部分。
⑵煤热解自由基“碎片”的加氢：
以及再缩聚反应：
RCH2· +R'CH2·+2H→RCH3+R'CH3 RCH2· +R'CH2·→RCH2-CH2R' 2RCH2·→RCH2-CH2R 2R'CH2·→R'CH2-CH2R'
煤加氢液化原理
⑶脱杂原子的反应(p280)
①脱氧反应 ②脱硫反应 ③脱氮反应 ⑷结焦反应 防止结焦的措施： ①提高系统的氢的分压 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
2.煤炭间接液化工艺
间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以煤基合成气 （一氧化碳和氢气）为原料，在一定温度和压力下，将其催化合成为 烃类燃料油及化工原料和产品的工艺。
煤加氢液化原理
1.煤与石油的比较 煤和石油在结构、组成和性质上有很大差异： ⑴燃料 H/C比值： 石油的H/C比高于煤，原油为1.76而煤只有0.3～0.7，而煤 氧含量显著高于石油，煤含氧2％～21％，而石油含氧极少； ⑵燃料主体： 石油的主体是低分子化合物，而煤的主体是高分子聚合物； ⑶煤中矿物质： 煤中有较多的矿物质。
因此要把煤转化为油，需加氢，裂解和脱灰。
煤加氢液化原理
2.煤加氢液化中的主反应
⑴煤的热解 当温度升至300℃以上时，煤受热分解，即煤的大分子结构中较 弱的桥键开始断裂，打碎了煤的分子结构，从而产生大量的以结构单 元为基体的自由基碎片，自由基的相对分子质量在数百范围。
R-CH2-CH2-R'→RCH2· +R'CH2·