煤直接液化技术简介
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
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>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。
煤炭液化技术
煤炭液化技术煤变油是指将煤转化加工，生产出汽油、柴油、液化石油气等液体燃料的煤液化技术，所谓煤的液化技术，就是在加温、加压的状态下，对煤直接或间接地加氢，使它成为流体化的技术。
煤的液化技术中又可分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。
第四版煤的直接液化技术煤的直接液化技术是将固体煤在高温高压下与氢反应，将其降解和加氢从而转化为液体油类的工艺，又称加氢液化。
一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。
煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。
其工艺主要有Exxon供氢溶剂法(EDS)、氢-煤法等。
EDS法是煤浆在循环的供氢溶剂中与氢混合，溶剂首先通过催化器，拾取氢原子，然后通过液化反应器，释放出氢原子，使煤分解；氢-煤法是采用沸腾床反应器，直接加氢将煤转化成液体燃料。
20世纪80年代开发出的煤-油共炼工艺，提高了煤液化的经济性。
煤-油共炼是煤与渣油混合成油煤浆，再炼制成液体燃料。
由于渣油中含有煤转化过程所需的大部分或全部的氢，从而可以大幅度降低成本。
该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的液化重油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450℃）和高压（20～30MPa）下直接加氢，将煤转化成汽油、柴油等石油产品，1t无水无灰煤可产500～600kg油，加上制氢用煤，约3～4t原煤产1t成品油。
第五版煤的间接液化技术煤的间接液化技术是先将煤气化，然后合成燃料油和化工原料和产品。
目前，间接液化已在许多国家实现了工业生产，主要分两种生产工艺，一是费托(Fischer-Tropsch)工艺，将原料气直接合成油；二是摩比尔(Mobil)工艺，由原料气合成甲醇，再由甲醇转化成汽油的。
煤间接液化工艺先把煤全部气化成合成气（氢气和一氧化碳），然后再在催化剂存在下合成为汽油。
约5～7t煤产1t油。
间接液化工艺特点：1. 适用煤种比直接液化广泛；2. 可以在现有化肥厂已有气化炉的基础上实现合成汽油；3. 反应压力为3MPa，低于直接液化，反应温度为550℃，高于直接液化；4. 油收率低于直接液化，需5-7t煤出1t油，所以产品油成本比直接液化高出较多。
煤炭液化技术
煤炭液化定义
煤炭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。
煤炭液化技术简介
煤直接液化技术是由德国人于1913年发现的。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。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。
煤炭液化技术分类
1.煤炭直接液化工艺 2.煤炭间接液化工艺
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。源自直接液化流程图间接液化
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，包括煤炭气 化制取合成气、气体净化与交 换、催化合成烃类产品以及产 品分离和改制加工等过程。
间接液化流程图
煤炭液化是解决中国多煤、少油、缺气能源国情的 重要途径，而煤液化多联产技术是煤液化的发展模 式，是提高能源利用率的重要途径，是发展煤炭循 环经济的重要措施，我们应给予充分的肯定与重视。
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。
煤直接液化技术---
2020/6/6
煤直接液化
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1 煤直接液化技术沿革
1.2 国外煤炭直接液化技术沿革
➢ 1913年德国科学家F.Bergius发明了在高温高压下可将煤加 氢液化生产液体燃料，并获得专利，为煤炭直接液化技术的 开发奠定了基础。从此，各种煤加氢液化方法不断出现，实 验室开发的煤炭液化方法不下百种。
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煤直接液化
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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50年代初期，前苏联利用德国煤直接液化技术和 设备于安加尔斯克石油化工厂建成投产了11套煤直接液化 和煤焦油加氢装置：
单台反应器直径为1m，高18m 操作压力分别为70.0MPa和32.5MPa两种 温度450-500 铁系催化剂
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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。
➢ 在二次世界大战前后进行煤直接液化技术开发的国家还有英、 日本、法国和意大利。
1983-1990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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煤液化技术研究所
二十多年来，煤液化技术研究所在我国政府 相关部门的支持下和通过广泛的国际合作， 从事我国煤炭直接液化的研究。从跟踪国际 煤炭液化领域技术发展趋势到结合我国资源 特点，独立开展煤液化催化剂的开发、我国 引进煤液化工艺的优化、煤液化关键技术和 煤直接液化先进工艺的开发等工作。
煤直接液化技术简介
煤直接液化反应
煤的热溶涨与热溶解 ： 煤与溶剂加热到在250℃以上，煤 中可被极性溶剂萃取物明显增加。
煤直接液化技术简介
煤直接液化反应
煤热裂解产生大量的自由基： 随着温度的进一步提高，煤热裂解产生大 量的自由基，在氢原子的作用下，这些自 由基与氢原子结合形成稳定的分子，自由 基稳定后生成物的分子量分布很广，从气 体到油，分子量较大的是沥青烯、前沥青 烯。如果煤的自由基浓度较高，得不到氢 原子，它们就会相互结合形成分子量更大 的化合物甚至焦炭。
H含量 ≤2%
＞2.0~3.0 ＞3.0
煤直接液化技术简介
煤的岩相
宏观煤岩组成：丝炭、镜煤、亮 煤和暗煤
煤的显微组成：镜质组、壳质组 和惰质组
煤直接液化技术简介
直接液化适宜的煤种
年老褐煤： 年轻烟煤：长焰煤、不粘煤、弱
粘煤、 1/2中粘煤、气煤
煤直接液化技术简介
2.煤直接液化基本原理
煤炭直接液化技术是通过高温高压 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。
煤 →腐植煤 →腐泥煤
煤直接液化技术简介
腐植煤的生成过程
泥炭化阶段 煤化阶段
1）成岩作用阶段 2）变质作用阶段
煤接液化技术简介
煤的生成与分类
植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤
煤直接液化技术简介
褐煤分类
年轻褐煤
挥发份＞37% 透光率≤30%
年老褐煤
挥发份＞37% 透光率＞ 30%~50%（胜利褐煤35%）
煤直接液化技术简介
烟煤分类
烟煤主要根据其挥发份和粘结指 数，依变质程度由深到浅分为： 长焰煤、不粘煤、弱粘煤、 1/2 中粘煤、气煤、气肥煤、肥煤、 1/3焦煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、 贫煤。
煤直接液化技术简介
无烟煤的分类
挥发份 无烟煤01： ≤3.5%， 无烟煤02 ＞3.5 无烟煤03 ＞6.5~10.0
键相连成大分子。氢/碳原子比较低，通常为 0.3~1.0。O、N、S含量较高。 石油：地下岩石中生成的液态的以碳氢化合物 为主要成份的可燃性矿产。 正构烷烃为主，氢/碳比较高，1.8。
煤直接液化技术简介
煤加氢提高其H/C原子比成为油：
在一定的温度下煤大分子结构裂解成自由基； 这些自由基在活性氢存在的条件下与氢反应，
煤直接液化技术简介
煤直接液化技术介绍
李克健 煤炭科学研究总院 北京煤化工研究分院 煤液化技术研究所
煤直接液化技术简介
煤液化技术研究所
煤液化研究室成立于1979年，一直 从事于煤直接液化的研究。现有专业 技术人员23人，高级工程师职称以上 有11人。是我国长期从事煤直接液化 研究并具备一定实力的专业科研机构。
生成H/C原子比较高的小分子； 固液分离脱除煤中的矿物质； 提质加工脱除油中O、N、S等杂原子，生成
的符合规格的成品油。
煤直接液化技术简介
胜利褐煤→胜利褐煤液化油：
胜利 褐煤
C,wt% 74.27 H,wt% 4.58 N,wt% 1.17 S,wt% 1.03 O,wt% 18.96 H/C 0.74
煤直接液化技术简介
煤直接液化技术简介
煤为什么可以加氢成为油？
煤与石油的相同点：
由古植物经过漫长的和复杂的生物化学、 物理化学和地球化学作用转变而成。
以C、H、N、S、O等元素组成，C和H 为主。
煤直接液化技术简介
煤为什么可以加氢成为油？
煤与石油的不同点：
煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然有机岩。 煤以芳香烃为主，由一些基本结构单元通过桥
大唐国际致力于煤直接液化产业化，煤 液化技术研究所提供最佳的技术服务。
煤直接液化技术简介
主要内容
1. 煤化学基础 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
煤直接液化技术简介
1. 煤化学基础
煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然 有机岩。由古植物经过漫长的和复 杂的生物化学、物理化学和地球化 学作用转变而成。
专家介绍
1984年至今，一直从事煤直接液化研究工作。 八十年代，参加国家“六五”、“七五” 科技攻关课题“煤的直 接液化技术研究”。九十年代，承担了中日合作开发项目“中国 煤炭的液化性能评价”；中德合作项目“云南先锋煤直接液化示 范厂可行性研究”；“NEDOL工艺煤液化催化剂的研究”等课题 的研究。国家863计划课题“煤直接液化高效催化剂”骨干和组 织者, “煤直接液化关键技术”子课题负责人。973项目“大规模 煤炭直接液化的基础研究”的子课题负责人。合著《煤液化技术》 和《煤化工手册》。发表多篇科技论文和煤直接液化方面的专利。
大庆 原油
85.74
胜利褐 煤液化 轻油
82.33
胜利褐 煤液化 中油
84.78
13.31 12.44 11.12
0.15 0.53 0.92
0.11 0.19 0.11
0.69 4.51 3.07
1.835 1.813
煤直接液化技术简介
1.574
煤直接液化基本工艺单元
催化剂
氢气
煤 煤浆制 备单元
煤直接液化技术简介
煤液化技术研究所
“十五”期间，承担两项“国家 863计划”课题和一项“国家973 计划”项目。分别是“煤直接液 化高效催化剂”、“神华煤直接 液化示范工程技术支持及新工艺 开发”和“大规模煤炭直接液化 的基础研究”。
煤直接液化技术简介
煤液化技术研究所
发展我国煤直接液化技术，推动我国煤 直接液化技术产业化的发展，是煤液化 技术研究所今后长期工作目标。
反应 单元
循环溶剂
分离 单元
煤：0.15mm 催化剂: Fe-S系
450-470 oC 17-30 MPa
煤直接液化技术简介
提质加 工单元
气体
汽油 柴油 航空燃料
残渣
380-390 oC 15-18 MPa
煤浆制备
煤破碎成一定粒度与溶剂和催化剂制成 可泵送的煤浆是实现煤直接液化连续化 生产的基础。一般而言，煤经过干燥和 破碎制成煤浆的浓度在40~50%；煤的粒 度一般小于150μm。煤的水分一般小于 4%。