煤炭液化技术

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产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工

，使其转化成为液体燃

料路线，煤炭液化可分为直

接

、化工原料

和液化和间接液

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。

第一部

分，是以化学共价键结合为主的三维交联的大分子，形成不溶性的刚性网

络结构，它的主要前身物来自维管植物中以

芳族结构为基础的木质素。

第二部

分，包括相对分子质量一千至数千，相当于沥青质和前沥青质的大型和中

型分子，这些分子中包含较多的极性官能

团，它们以各种物理力为主，或相互缔合，

或与第一部分大分子中的极性基团相缔合，

成为三维网络结构的一部分。

第三部分，包括相对分子质量数百至一千左右，相对于非烃部分，具有较强极性

的中小型分

子，它们可以分子的形式处于大分子网络结构的空隙之中，也可以物理力

与第一和第

二部分相互缔合而存在。

第四部分，主要为相对分子质量小于数百的非极性分子，包括各种饱和烃和芳烃，

它们多呈游离态而被包络、吸附或固溶于由

以上三部分构成的网络之中。

煤复合结构中上述四个部分的相对含量

视煤的类型、煤化程度、显微组成的不同而异。

上述复杂的煤化学结构，是具有不规则构造的空间聚合体，可以认为它的基本

结

构单元是以缩合芳环为主体的带有侧链和多

种官能团的大分子，结构单元之间通过桥

键相连，作为煤的结构单元的缩合芳环的环数有多有少，有的芳环上还有氧、氮、硫等杂原子，结构单元之间的桥键也有不同形态，有碳碳键、碳氧键、碳硫键、氧氧键等。

从煤的元素组成看，煤和石油的差异主要是氢碳原子比不同。煤的氢碳原子比

为

0.2～1，而石油的氢碳原子比为 1.6～２，煤中氢元素比石油少得多。

煤在一定温度、压力下的加氢液化过程

基本分为三大步骤。

（1）、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。

（2）、在具有供氢能力的溶剂环境和较高氢气压力的条件下、自由基被嘉庆

得

到稳定，成为沥青烯及液化油分子。能与自

由基结合的氢并非是分子氢（H2），而

应是氢自由

基，即氢原子，或者是活化氢分子，氢原子或活化氢分子的来源有：①煤

分子中碳氢

键断裂产生的氢自由基；②供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自

由基；③氢气

中的氢分子

被催化剂活化；④化学反应放出的氢。当外界提供的活性氢不足时，自由

基碎片可发生缩聚反应和高温下的脱氢反

应，最后生成固体半焦或焦炭。

（3）、沥青烯及液化油分子被继续加氢裂化生成更小的分子。

3、工艺过程

直接液化典型的工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液

分离、气体净化、液体产品分馏和精制，以及液化残渣气化制取氢气等部分。氢气制

备是加氢液化的重要环节，大规模制氢通常采用煤气化及天然气转化。液化过程中，将煤、催化剂和循环油制成的煤浆，与制得的氢气混合送入反应器。在液化反应器内，煤首先发生热解反应，生成自由基“碎片”，不稳定的自由基“碎片”再与氢在催化剂存在条件下结合，形成分子量比煤低得多的初级加氢产物。出反应器的产物构成十分复杂，包括气、液、固三相。气相的主要成分是氢气，分离后循环返回反应器重新参加

反应；固相为未反应的煤、矿物质及催化剂；液相则为轻油（粗汽油）、中油等馏份

油及重油。液相馏份油经提质加工（如加氢精制、加氢裂化和重整）得到合格的汽油、柴油和航空煤油等产品。重质的液固淤浆经进一步分离得到重油和残渣，重油作为循