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煤制油工艺煤制油也称煤液化，是以煤炭为原料生产液体燃料和化工原料的煤化工技术的简称。
一、煤炭液化的研究背景：⑴中国是一个富煤贫油少气的国家，而煤炭液化技术也将成为新型煤化工产业的重要方向之一；⑵在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能减排政策中，煤炭液化不仅具有重大的环保意义，而且具有保障能源安全的战略意义。
二、煤液化技术通常有两种技术路线，即直接液化和间接液化。
1、煤炭的直接液化技术：⑴反应机理：⑵煤质要求：①煤化程度：煤化程度越深，加氢液化越难；高等挥发烟煤（长焰煤、气煤）和年轻褐煤是最适宜的液化原料，中等变质程度以上的很难液化；②煤岩组成：镜质组和壳质组是活性组分，易加氢液化，而惰质组难液化或根本不能液化；③矿物质组成及含量：矿物质的含量越低越好，5%左右最好，最大不超过10%；⑶催化剂的选择：①钴(Co)、钼（Mo）、镍（Ni）：这类催化剂的催化活性较高。
但是这类金属催化剂的价格比较昂贵而且丢弃对污染比较严重，因此用后要回收；②金属卤化物：如ZnCl2、SnCl2等，属酸性催化剂，裂解能力强，但是对煤液化装置设备有较强的腐蚀作用；③铁系催化剂：包括含铁的天然矿石、含铁的工业残渣和各种纯态铁的化合物（如铁的氧化物、硫化物和氢氧化物）。
⑷供氢溶剂的作用：①提供和传递转移活性氢作用；②溶胀分散作用；③对煤粒热裂解生成的自由基起稳定保护作用；④溶解作用；⑤稀释液化产物作用。
⑸直接液化工艺：①德国IGOR工艺：该工艺以炼铝赤泥为催化剂，催化剂加入量为4％，不进行催化剂回收。
反应压力为30MPa，反应温度为465C。
现已完成0．2t／d和200t／d规模的试验研究。
采用减压蒸馏(即闪蒸)方法进行固一液分离，液化粗油不经降温而直接进行提质加工，将难以加氢的沥青质留在残渣中用作气化制氢的原料。
②日本NEDOL工艺：该工艺以黄铁矿为催化剂，催化剂加人量为4％，也不进行催化剂回收。
反应压力为19 MPa，反应温度为460℃。
浅析煤直接液化加氢反应影响因素发表时间：2020-07-03T15:37:22.033Z 来源：《科学与技术》2020年2月第5期作者：李广杰[导读] 随着科学技术的发展，煤直接液化工艺技术也在不断的进步。
摘要：随着科学技术的发展，煤直接液化工艺技术也在不断的进步。
煤直接液化过程是十分复杂的化学反应，影响煤加氢液化的因素很多。
本文对影响液化反应的工艺条件包括煤浆浓度、循环供氢溶剂、温度、压力、停留时间、气液比、催化剂添加量等因素进行了分析，明晰了这些因素对于煤直接液化反应的正反两方面的影响，探索煤液化最佳工艺条件，提高煤直接液化项目经济性。
关键词：煤直接液化煤液化反应原理影响因素工艺条件前言：随着世界经济的发展，石油供需矛盾将会日益加剧，未来石油和天然气的最佳替代品还是煤炭，煤炭的清洁转化和高效利用，将是未来世界能源结构调整和保证经济高速发展对能源需求的必由之路。
煤炭的液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染大气的元素及灰分，获得的液体产品是优质洁净的液体燃料和化学品，因此煤炭液化将是我国洁净煤技术和煤代油战略的重要、有效和可行的途径之一。
神华鄂尔多斯煤制油作为国内首套煤直接液化制油工业化项目，为了达到最佳效益运行，公司自开工以来，不断总结调整工艺参数等反应条件提高油收率，探索装置最佳运行工况条件。
煤直接液化工艺条件各因素对直接液化反应及液化装置的商业化运行经济性均有正反两方面的影响，必须通过大量试验和经济性的反复比较来确定合适的工艺条件，本文就工艺条件煤浆浓度、循环供氢溶剂、温度、压力、停留时间、气液比、催化剂添加量等因素进行分析。
一、煤直接液化反应的原理以及相应的工艺流程1、煤直接液化的反应机理将煤炭处于高温、高压以及氢气的环境下，通过催化剂的反应的催化作用，会发生煤炭和氢气之间的反应，然后对反应后的产品进行液化蒸馏将其分成轻重两个部分。
煤加氢液化过程中，氢不能直接与煤分子反应使煤裂解，而是煤分子本身受热分解生成不稳定的自由基裂解“碎片”。
成绩中国矿业大学2011 级本科课程考试试卷考试科目学科前沿讲座考试时间2014年12月学生姓名彭玉斌学生学号06112931所在院系化工学院任课教师周敏教授等多名教师题目：煤炭液化技术煤炭液化技术摘要;煤炭液化技术包括煤炭直接液化和煤炭间接液化，是属于洁净煤技术的一种。
文章简要论述了煤炭直接接液化技术和煤炭间接液化技术的化学反应机理和化学反应过程；回顾了液化技术的发展历史，国外煤液化技术的发展状况;介绍了我国煤碳液化的现状;展望今后煤炭液化的发展方向。
关键字：煤炭；直接液化；间接液化所谓煤炭液化是指，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。
1煤炭直接液化概述煤与石油都是由碳、氢、氧为主的元素组成的天然有机矿物燃料。
只是煤中氢含量及H/C原子比，较石油相比要低很多。
要将煤转化为液体产物，必须在适当的温度、氢压、溶剂和催化剂的条件下，将煤中的大分子裂解为小分子，进而加氢稳定，降低H/C原子比，从而得到液体产物。
1.1煤直接液化的化学反应一般认为煤直接液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压氢气存在下，随着温度的升高，煤开始在溶剂中膨胀形成胶体体系。
煤进行局部溶解，并发生煤有机质的分裂、解聚，同时在煤有机质与溶剂间进行氢分配，于350~400℃左右生成沥青质含量较高的高分子物质。
在此过程中主要发生煤的热解、自由基加氢稳定、自由基缩合以及氮、氧、硫元素杂元素的脱除等一系列反应。
其主要反应是自由基的生成和加氢稳定。
自由基稳定后可生成分子量小的馏分油，分子量大的沥青烯，及分子量更大前沥青烯。
前沥青烯可进一步分解为分子量较小的沥青烯、馏分油和烃类气体。
同样沥青烯通过加氢可进一步生成馏分油和烃类气体。
如果煤的自由基得不到氢而它的浓度又很大时，这些自由基碎片就会互相结合而生成分子量更大的化合物甚至生成焦炭。
图1表示了煤热解产生自由基以及溶剂向自由基供氢、溶剂和前沥青烯、沥青烯加氢的过程：1.2煤直接液化技术的发展历程煤直接加氢液化一般是在较高温度，高压，氢气(或CO+H2, CO+H2O)、催化剂和溶剂作用下，将煤进行解聚、裂解加氢，直接转化为液体油的加工过程。
煤直接液化机理与动力学contents •煤直接液化概述•煤直接液化机理•煤直接液化工艺流程•煤直接液化动力学模型•煤直接液化技术发展现状与趋势•研究展望与未来发展目录0102这一过程主要包含四个步骤：煤的破碎和干燥、氢气和催化剂的混合、高温高压下的反应以及产物的分离和提纯。
煤直接液化是一种将煤在氢气和催化剂的作用下，通过高温高压反应转化为液体燃料的过程。
煤直接液化技术的研究始于20世纪初，德国率先进行了研究和开发。
在随后的几十年中，这项技术在日本、美国、加拿大等国家得到了广泛的研究和应用。
中国也从20世纪80年代开始进行了煤直接液化的研究和开发，并成功建成了多套工业规模的煤直接液化装置。
1 2 3煤直接液化是一种将煤炭资源转化为液体燃料的有效途径，对于解决我国的能源安全问题具有重要意义。
与传统的煤炭燃烧方式相比，煤直接液化可以更有效地利用煤炭资源，减少环境污染，并且具有更高的能源利用效率。
同时，煤直接液化还可以生产出多种高附加值的化学品和燃料，进一步拓展了煤炭资源的利用途径。
煤直接液化的重要性煤的化学结构与性质煤是由多种有机化合物组成的复杂混合物，具有高分子量、多官能团和三维交联结构等特点。
煤的性质取决于其化学结构、分子量和官能团含量等因素，这些因素又受到煤的成因、变质程度和沉积环境等因素的影响。
煤在溶剂中溶解的过程是煤中有机物质向溶剂中扩散和溶解的过程，其溶解度受到溶剂的性质、温度和压力等因素的影响。
热解是煤在高温下裂解的过程，主要分为低温热解和高温热解两种。
低温热解主要发生在较低的温度下，主要生成液态产物；高温热解主要发生在较高的温度下，主要生成气态产物。
煤在溶剂中的溶解与热解氢供体与催化剂的作用氢供体是煤直接液化过程中的重要组分，主要提供氢原子以促进煤中有机物质的加氢反应。
催化剂是加速煤直接液化反应速度和提高液化油收率的的关键因素，主要分为酸性催化剂、金属催化剂和金属氧化物催化剂等。
煤直接液化工艺的原料是煤炭，需要确保煤炭的来源和品质符合要求，并进行必要的破碎、磨细等预处理。
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。
煤直接液化反应机理
煤和石油主要都是由C、H、O等元素组成，不同的是：煤的氢含量和H/C 原子比比石油低，氧含量比石油高；煤的分子量大，一般大于5000，而石油约为200，汽油约为110；煤的化学结构复杂，一般认为煤有机质是具有不规则构造的空间聚合体，它的基本结构单元是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。
要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, 如果煤在热解过程中外界不提供氢，煤热解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。
如果煤在热解过程中外界供给氢，而且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℃[4]。
与煤自由基碎片结合的氢必须是活化氢。
活化氢的来源：(1)煤分子中的氢再分配；(2)供氢溶剂提供；(3)氢气中的氢分子被催化活化；(4)化学反应放出氢，如系统中供给CO+H2O，则发生变换反应(CO+H2O→CO2+H2)放出氢。
据研究证明：系统中供CO+H2O或CO+H2的液化效果比单纯供H2的效果好，这主要是CO+H2O的变化反应放出的氢容易与煤的自由基碎片结合。
为保证系统中有一定的氢浓度，使氢容易与碎片结合，必须有一定的压力(氢分压)。
目前的液化工艺的一般压力为5MPa～30MPa。
对自由基碎片的加氢是液化反应的关键，可用如下方程式表示加氢反应[5]
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。
在发生顺序反应的同时，又伴随有副反应，即结焦反应的发生。
煤加氢液化反应历程如图1-2所示。
从沥青烯向油和气的转化是一个相当缓慢的过程，是整个反应的控制步骤。
煤焦
C1 自由基碎片前沥青烯沥青烯液化油和气体
煤C2
C3基本不反应
C1为有机质的主体；C2为存在于煤中的低分子化合物；C3为惰性组分
图1-2 煤炭直接液化反应机理图
催化剂的影响
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。
自由基碎片加氢稳定后的液态物质可分成油类、沥青烯和前沥青烯等三种不同成分，对其继续加氢。
前沥青烯即转化成沥青烯，沥青烯又转化为油类物质。
油类物质再继续加氢，脱除其中的氧、氮和硫等杂原子，即转化为成品油。
成品油经蒸馏。
按沸点范围不同可分为汽油、航空煤油和柴油等。
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。
催化剂是煤直接液化过程的核心技术，在煤液化过程中起着非常重要的作用。
优良的催化剂可以降低煤液化温度，减少副反应并降低能耗,提高氢转移效率，增加液体产物的收率。
在用于煤液化工艺的各种催化剂中，铁基催化剂以其高效、廉价及低污染而倍受青睐。
专利技术集中在改善铁基催化剂的性能、开发新型高效的催化剂、催化剂制备工艺改进和催化剂的预处理等。
煤炭直接液化中使用的催化剂通常有三大类第一类是钴（Co）、钼（Mo）、镍（Ni）催化剂，这类催化剂催化活性较高，但这类金属催化剂价格比较昂贵而且丢弃对环境污染比较严重，因此用后需要回收第二类是金属卤化物催化剂如等属酸性催化剂。
如ZnCl2、SnCl2等，属酸性催化剂，裂解能力强，但对煤液化装置的设备有较强的腐蚀作用。
第三类是铁系催化剂，包括含铁的天然矿石、含铁的工业残渣和各种纯态铁的化合物（如铁的氧化物、硫化物和氢氧化物）[18]。
催化剂活性、价格比高。
进入灰渣对环境没有污染是目前煤炭直接液化催化剂研究的重点和方向。
铁系催化剂中天然含铁矿石和工业含铁残渣的催化活性受自身物质性质的影响较大，这方面的研究工作主要集中在寻找高活性的含铁天然矿物和含铁工业废渣上。
这类催化剂存在的问题是添加量较大增加了残渣的处理和影响了液化油的收率。
煤直接液化高效催化剂活性组分以其纳米级的颗粒均匀地分布在煤粒表面最大限度地发挥其催化活性，因而其用量只是常规催化剂的1/4。
煤液化油收率可高出常规铁系催化剂5个百分点左右，其经济效益十分明显。
神华集团决定在其煤直接液化示范工程第一条示范生产线中采用高效催化剂。
目前已将高效催化剂工业化生产装置纳入全厂的总图设计之中并正在进行工程设计工作。
该成果要得到工程化应用，需要进一步解决工程化放大过程中的一些关键技术和设备问题主要是煤直接液化高效催化剂反应器。
该成果的经济效益和社会效益与煤炭直接液化的产业化息息相关，煤炭直接液化一旦形成产业。
煤炭直接液化催化剂作为煤炭直接液化的关键技术，成果应用具有广阔的市场并产生显著的经济效益。
煤直接液化催化剂的研究和开发是降低液化成本、提高液化油收率的关键技术之一。
具有自主知识产权的煤直接液化高效催化剂研发成功，并将在未来的直接液化工程中得到应用。
这将极大地推动我国煤直接液化技术的发展，为该技术的工程化实施莫定良好的基础。
溶剂的影响
在煤的直接液化工艺中，用到的溶剂的作用有：1、一般溶剂的作用：在煤炭液化过程中，溶剂作为一种介质，具备以下几种作用：(1)溶解作用；(2)溶胀分散作用；(3)对煤粒热裂解生成的自由基起稳定保护作用；(4) 提供和传递转移活性氢作用；(5)对液化产物起烯释作用；2、溶剂的供氢作用；3、溶剂的传递氢作用。
常见的溶剂有：四氢萘、萘、蒽、菲、甲酚、萘酚等；煤焦油和石油渣油等重质油作溶剂；废塑料和废橡胶及废油脂作溶剂。
[19]
溶剂在煤液化反应过程中起非常重要的作用，它可以溶解溶胀、烯释分散煤粒，使气、液、固三相反应系统处于一个相对均匀的体系。
这对于煤的热裂解反应，煤的热裂解生成的自由基的保护作用，自由基碎片的加氢反应以及抑制煤液化的副反应——缩聚反应都起着积极的作用。
进一步研究煤液化过程中溶剂的作用，尤其是混合溶剂的作用，必定会对研究煤液化机理，进而促进提高煤液化转化率产生积极的作用。
当前，国内外对煤直接液化产物再次液化的研究较少，而产物中的沥青烯和前沥青烯含量较多，如果利用此产物再次液化。
将会大大提高油的产率，实验中使用储氢物质与其反应。
