煤炭直接加氢液化解读
煤直接液化技术现状与发展趋势讲解
2、对自由基“碎片”的供氢
煤热解产生的自由基碎片是不稳定的，它只有与氢结 合后才能变得稳定，成为分子量比原料煤要低得多的 初级加氢产物，其反应为： ∑R·＋H ∑RH
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
16
直接液化
1979年～1996年： 国家支持下，进行了50多种中国煤种评价，筛选了十 几种适宜直接液化的矿点。掌握了中国煤炭应用于直 接液化的基本特性和规律。也有进一步扩展的潜力。
要将煤转化为液体产物，首先要将煤的大分子裂解为较小 的分子，而要提高H/C原子比，降低O/C比，就必须增加 H原子或减少C原子。
煤液化的实质就是在适当温度、氢压、溶剂和催化剂条件 下，比提高H/C ，使固体煤转化为液体的油。
6
直接液化
制氢
煤制备 油煤浆 制备
催化剂
加氢液化
450OC，20MPa
循环溶剂
分离 单元
加氢 精制
油品 化工品
残渣
CO2 、CO
热解
加氢
7
四、煤加氢液化过程中的化学反应
1、煤的热解 煤在隔绝空气的条件下加热到一定温度，煤的化学结构
中键能最弱的ห้องสมุดไป่ตู้位开始断裂，呈自由基碎片：
煤 热裂解 自由基碎片∑R·
随温度升高，煤中一些键能较弱和较高的部位也相 继断裂，呈自由基碎片。
13
国内外煤直接液化技术简介
开发国 德国 德国 英国 美国 德国 美国 日本 前苏 中国
工艺名称 Betgirs法
IG I.C.I C.C.C IGOR H-Coal NEDOL ST-S NEDOL
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。
煤的直接加氢液化技术
催化剂
循环油是主要的供氢载体，催化剂的功能是促 进溶于液相中的氢与脱氢循环油间的反应，使 脱氢循环油加氢并再生。
在直接液化过程中，煤的大分子结构首先受 热分解，而使煤分解成以结构单元缩合芳烃为 单个分子的独立的自由基碎片。在高压氢气和 催化剂存在下，这些自由基碎片又被加氢，形 成稳定的低分子物 。
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
产生的自由基碎片只能靠自身的氢再分配，使 少量的自由基碎片形成低分子油和气，而大量 的自由基碎片则发生缩聚反应生成固体焦 。
煤在热解过程中外界供给氢
煤热解产生的自由基碎片与周围的氢结合成稳 定的H/C原子比较高的低分子物(油和气)，这 样就能抑制缩聚反应，使煤全部或绝大部分转 化成油和气。一次加氢液化的实质是用高温切 断化学结构中的C-C键，在断裂处用氢来饱和， 从而使分子量减少和H/C原子比提高。反应温 度要控制合适，温度太低，不能打碎煤分子结 构或打碎的太少，油产率低。一般液化工艺的 温度为400℃～470℃。
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。
煤直接液化的原理
煤直接液化的原理煤是一种非常重要的能源资源，但是其利用却面临着众多的问题，比如环保问题、安全问题等等，因此寻求一种更加高效、安全、环保的煤利用方式就成为了科研人员们努力追求的目标。
而煤直接液化技术就是其中的一种，其原理主要在于将煤中的含碳化合物通过一系列的反应转化成为液态燃料。
接下来，我们将从化学反应原理、反应过程和技术优势等多个方面，来详细阐述煤直接液化的原理。
一、化学反应原理煤直接液化的反应原理主要是在高温、高压、清氢气体的存在下，通过一系列的氢解、缩合、重排、酸碱催化等化学反应，将煤中的含碳化合物转化成为液态燃料。
其中，氢解反应主要是将煤中的大分子结构化合物，如芳香烃和萜烯等分解成为较小的分子。
缩合反应则将分解后的小分子进行加和生成大分子结构的化合物。
重排反应是将某些分子重排生成其他分子。
酸碱催化则能够加速这些反应的进行，提高反应产率。
通过这样的反应机理链式反应，一系列复杂的物质转化过程最终形成了液态燃料。
二、反应过程煤直接液化的反应过程也是非常复杂的，我们可以从以下几个方面来了解其反应机理。
首先是煤的预处理，需要利用一些化学和物理方法提高煤的反应性，增加煤的溶解度和可液化程度；其次是煤的低温热解，通过加热、残炭和气体析出等过程得到反应前体原料氢气，为后续高温反应提供所需氢源；最后是高温下的反应，主要反应环节包括聚合反应、缩合反应、重排反应等，其中还需要添加催化剂、表面活性剂、沉淀剂等辅助材料，以提高反应率和产品纯度。
三、技术优势相比其他煤气化技术，煤直接液化技术具有以下技术优势。
首先是化验条件温和，需要的反应温度不高，可以保证产物的品质和产率；其次是产物品质高，液化产物中不仅含有燃料成分，而且还含有化工原料成分，可以满足不同领域的需求；最后还可以与其他技术相互补充，如煤间接液化、煤气化、竞价等，可以形成一整套的煤转化技术链，提高能源产业可持续发展能力。
总之，煤直接液化技术的原理虽然看上去十分复杂，但却是一项十分有前途的技术，它不仅可以解决煤利用所面临的环保问题，而且还可以提高能源产业的生产效益。
煤制油之----直接液化技术解析
• 1952年，美国矿业局制定了煤炭液化的发展计划， 规划建设2座煤直接液化厂
• 联合碳化物公司从1935年开始就研究煤炭直接液化 技术，到五十年代初发展到300吨/天的试验规模， 试图生产各种芳香烃类化学品
• 1960年，成立了煤炭研究办公室（OCR）一直支持 一些公司和研究机构从事以气化、液化为重点的煤 炭加工利用的研究
煤制油之直接液化技术解析
• 基本原理 • 工艺问题 • 工程问题
第一部分 基本原理
• 定义 • 发展概况 • 基本过程 • 反应机理 • 煤质要求 • 催化剂 • 溶剂 • 液化油提质加工
一. 定义
1. 直接液化
煤
加氢
液化油 提质加工 成品油
2. 间接液化
煤 气化 合成气 合成 合成油 精炼 成品油
二战期间德国的煤直接液化厂
投产日期
1931 1936 1936 1936 1937 1939 1939 1940 1940 1941 1942 1943
所在地名
Leuna Bohlen Magdeberg Scholven Welheim Gelsenberg Zeitz Lutzkendorf Politz Wesseling Brux Blechhammer
Bottrop RAG VEBA
Saar SAAR Coal
日本鹿 NEDO 岛
澳大利 NEDO 亚
Point British of Ayr Coal 图拉市 ИГИ
试验煤种 鲁尔烟煤 烟煤 烟煤 褐煤 次烟煤 褐煤
国内煤液化的历史
五十年代： 抚顺石油三厂煤焦油加氢 锦州石油六厂合成油装置 煤低温热解计划
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2200220/03//33/3
16
7.5煤直接液化新技术的开发
为了进一步提高煤液化工艺的技术水平和经济的竞争能力，国内 外进行了新技术开发，并取得了相当的进展。 ⑴ 超临界溶剂抽提（Supercritical Solvent Extraction Process，SCE）
1.煤直接液化的意义
直接液化：将煤在较高温度（400℃以上）、和压力（10Mpa 以上），下与氢反应使其降解和加氢，从而转化为液体油 类的工艺，故又称加氢液化。
2200220/03//33/3
3
2.煤直接液化的发展状况
1913年，德国柏吉斯（Bergins）首先研究了煤的高压 加氢，从而为煤加氢液化技术奠定了基础。
煤的转化率低，产品主要是沥青，各种油的产率随氢耗量增加而增加， 同时气体的产率也有所增加。
要降低气态烃的产率，措施有：①缩短糊相加氢的反应时间，例 如SRC-I工艺中，若停留时间从40min缩短到4min，气体产率由8.2％降 为1.3％，氢耗量从2.9％降为1.6％；②适当降低煤的转化率，例如转 化率达80％后，再提高不仅费时而且耗氢多；③选用高活性催化剂； ④采用后文介绍的分段加氢法。
10
1.德国煤直接液化工艺
⑴第二次世界大战战前的煤直接液化工厂
⑵工艺流程过程分两段： 第一段为糊相加氢： 将煤转化为粗汽油和中油； 第二段为气相加氢： 将上述产物加工成商品油。
2200220/03//33/3
11
（3）此工艺的特点：
①液固分离采用闪蒸塔，生产能力大，效率高； ②循环油不含固体，还基本上排除了沥青烯； ③煤糊相加氢和油的加氢精制，使油收率增加，质量提高
2200220/03//33/3
15
⑵ 液固分离
•
液化反应后总有固体残渣（包括原煤灰分，未转化的煤和外加催 化剂），因此需要液固分离，早期的工艺采用过滤法，现在广泛采用 真空闪蒸方法，前述四种液化工艺都采用此法，其优点是操作简化， 处理量剧增，蒸馏油用作循环油，煤浆粘度降低。缺点是收率有所降 低。
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。
⑵对自由基“碎片”的供氢 煤热解自由基“碎片”的加氢：
2200220/03//33/3
5
4.加氢液化的产物
2200220/03//33/3
1927年在德国建立了世界第一个煤直接液化工厂，以 后又建11套装置，在1944年总生产能力达到400万吨/年， 为德国提供了发动战争用油。
50年代中东廉价石油的大量开发，使煤液化失去竞争 力。
1973年石油价格暴涨之后，煤直接液化技术的开发又 活跃起来。
2200220/03//33/3
4
3.煤加氢液化中的主反应
2200220/03//33/3
12
Байду номын сангаас
（4）主要工艺条件和产品收率
①催化剂 糊相加氢：
拜尔赤泥（炼铝工业的废弃物含Fe2O3）、硫酸亚铁和硫化钠。 气相加氢：
白土为载体的硫化钨。 ②温度和压力 热交换器：
煤糊预热至300~350℃； 预热器：
比预定反应温度低20~60 ℃；
2200220/03//33/3
对煤进行溶剂抽提时，溶剂密度越高对煤的溶解度越大，但因粘 度高，液固分离困难，当溶剂处于气态时，粘度小密度也小，对溶解 不利，当处于超临界状态下，溶剂兼有液体的高密度和气体的低粘度 的特点。抽提温度一般在410℃左右，不超过440℃，压力一般10MPa， 不超过20MPa。
腐泥煤与褐煤是比较合适的原料煤，油产率为30％～50％。
13
2.德国直接液化新工艺（NewIG）
•
德国鲁尔煤矿公司和威巴石油公司合作，把战前的IG
老工艺发展为IG新工艺，在1981年在德国Bottrop建立了
200吨/日工业试验装置，试验于1987年结束，共用煤16万
吨
2200220/03//33/3
14
7.4 煤加氢液化的影响因素
•
⑴ 氢耗量 • 氢耗量的大小与煤的转化率和产品分布密切相关。氢耗量低时，
6
5、工艺特点
（1）液化油收率高 （2）煤消耗量小 （3）馏份油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高； （4）油煤浆进料，设备体积小，投资低，运行费用低；
2200220/03//33/3
7
6.煤加氢液化的反应历程
2200220/03//33/3
8
§ 7．2 煤加氢液化机理
1.煤与石油的比较 ①石油的H/C比高于煤， ②石油的主体是低分子化合物，而煤的主体是高分子聚合物； ③煤中有较多的矿物质。
看来煤油共炼技术将是未来首选的煤直接液化技术。中国有丰 富的煤炭资源，特别在某些地区，交通困难，而煤资源丰富，发展 煤液化并非遥远的事，我们必须从国情出发，为煤液化的工业化作 好必要的准备。
煤炭直接加氢液化
2200220/03//33/3
1
§ 7、煤的直接液化
§7.1 煤直接液化的意义和发展概况 §7.2 煤加氢液化机理 §7.3 几种煤加氢液化工艺介绍
§7.4 煤加氢液化的影响因素 §7.5煤直接液化新技术的开发 §7.6直接液化的发展前景
2200220/03//33/3
2
§ 7．1 煤直接液化的意义和发展概况
2200220/03//33/3
17
7.6煤直接液化的发展前景
煤直接液化的发展前景涉及到众多问题，如本身的工艺技术水 平和经济成本问题，在很大程度上取决于石油的供应形势和价格。
国外曾对日产十万桶粗馏分油的两段催化液化（CTSL），煤油 共炼（HRI·Cop）和石油渣油深加工的H-Oil法三种工艺建厂进行评 价，三种工艺的粗馏分油折算成原油价格，分别相当于32.9美元/桶， 28.24美元/桶和26.27美元/桶。所以当油价上升到高于30美元/桶时， HRI煤油共炼工艺将有经济上建厂条件。
因此要把煤转化为油，需加氢，裂解和脱灰
2200220/03//33/3
9
§ 7．3 几种煤加氢液化工艺介绍
德国煤直接液化工艺 美国开发了溶剂精制煤法（SRC），供氢溶剂法（EDS）、氢煤 法（H-Coal）和催化两段液化工艺（CTSL）。 日本NEDOL工艺 中国神华美直接液化工艺
2200220/03//33/3