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煤炭液化原理及工艺概述[摘要]介绍了煤炭液化的方法、原理和国内外研究发展概况，指出我国发展煤炭液化技术，实现煤炭液化工业化生产，是保持煤炭工业可持续发展、确保中国能源战略安全、优化能源结构、解决石油短缺、减少环境污染的一条重要途径。
[关键词]煤炭液化技术；间接液化；直接液化中图分类号：tu245 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）13-0301-021 概述世界范围内，能源主要由煤炭、石油、天然气、核电、水电等构成，其中石油与煤炭占世界能源消耗的66%，勘探资料表明，按能量计算，全世界煤的可开采量相当于石油资源的10倍。
我国石油、天然气资源较为贫乏，煤炭资源比较丰富。
随着国民经济的持续快速发展，我国的石油消费量逐年增加，同时由于近年来国际石油价格大幅度上涨，石油供需矛盾日趋严峻。
石油作为一种重要的战略物资，对外依存度越大，风险也就越大；加上国际油价的不断攀升，直接影响到国民经济的发展危及到中国的能源战略安全。
在我国，煤炭的利用主要是通过直接燃烧，平均热能利用率仅为30%左右，并且导致了大气污染、酸雨及温室效应等，造成了严重的能源浪费和环境污染。
把煤炭转化为高效、清洁和使用方便的新型燃料势在必行。
煤炭液化是通过化学加工过程把煤炭转化为液体产品的技术，是优质洁净的液体燃料。
因此，为促进能源与环境协调发展，摆脱对石油的依赖和减少煤炭利用造成的环境污染，为了提高煤炭热能利用率，发挥煤炭资源优势，发展煤炭液化技术，实现煤炭液化工业化生产，已成为保障我国能源供应安全、促进经济可持续发展的战略举措。
2 煤炭液化技术的方法和原理通过脱碳和加氢，煤炭可以直接或间接转化成液体燃料，一种方法是焦化或热解，另一种方法是液化。
煤炭液化是将煤经化学加工转化成洁净的便于运输和使用的液体燃料、化学品或化工原料的一种先进的洁净煤技术。
煤炭液化方法包括直接液化、间接液化和共同液化。
2.1 直接液化技术在直接液化过程中，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。
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。
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。
煤炭液化原理及工艺概述
作者：程浩熊琼
来源：《中国科技博览》2013年第13期
[摘要]介绍了煤炭液化的方法、原理和国内外研究发展概况，指出我国发展煤炭液化技术，实现煤炭液化工业化生产，是保持煤炭工业可持续发展、确保中国能源战略安全、优化能源结构、解决石油短缺、减少环境污染的一条重要途径。
[关键词]煤炭液化技术；间接液化；直接液化
中图分类号：TU245 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0301-02
1 概述
世界范围内，能源主要由煤炭、石油、天然气、核电、水电等构成，其中石油与煤炭占世界能源消耗的66%，勘探资料表明，按能量计算，全世界煤的可开采量相当于石油资源的10倍。
我国石油、天然气资源较为贫乏，煤炭资源比较丰富。
随着国民经济的持续快速发展，我国的石油消费量逐年增加，同时由于近年来国际石油价格大幅度上涨，石油供需矛盾日趋严峻。
石油作为一种重要的战略物资，对外依存度越大，风险也就越大；加上国际油价的不断攀升，直接影响到国民经济的发展危及到中国的能源战略安全。
在我国，煤炭的利用主要是通过直接燃烧，平均热能利用率仅为30%左右，并且导致了大气污染、酸雨及温室效应等，造成了严重的能源浪费和环境污染。
把煤炭转化为高效、清洁和使用方便的新型燃料势在必行。
煤炭液化是通过化学加工过程把煤炭转化为液体产品的技术，是优质洁净的液体燃料。
因此，为促进能源与环境协调发展，摆脱对石油的依赖和减少煤炭利用造成的环境污染，为了提高煤炭热能利用率，发挥煤炭资源优势，发展煤炭液化技术，实现煤炭液化工业化生产，已成为保障我国能源供应安全、促进经济可持续发展的战略举措。
2 煤炭液化技术的方法和原理
通过脱碳和加氢，煤炭可以直接或间接转化成液体燃料，一种方法是焦化或热解，另一种方法是液化。
煤炭液化是将煤经化学加工转化成洁净的便于运输和使用的液体燃料、化学品或化工原料的一种先进的洁净煤技术。
煤炭液化方法包括直接液化、间接液化和共同液化。
2.1 直接液化技术
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，这些自由基碎片叉被加氢，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3种不同成分，对它们继续加氢，前沥青烯即转化成沥青烯，沥青烯又转化成油类物质。
油类物质再继续加氢，脱除其中的氧、氮、硫等杂原子，即转化成成品油。
成品油再经蒸馏，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、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，就可少加或不加助催化剂。
（1）美国HTI工艺
HTI工艺是在H.COAL工艺和CTSL工艺的基础上发展起来的，而H.COAL工艺已进行600t/d大型中试，其前身是已经普遍得到工业应用的沸腾床重油加氢裂化H.OIL工艺，CTSL 工艺是在H.COAL单段液化工艺的基础上研制而成的两段液化工艺。
HTI工艺的主要特点是：采用特殊的液体循环沸腾床（悬沸床）反应器。
达到全返混反应器模式；采用超细、高分散铁系催化剂，用量少；在高温分离器后面增加了一个液化油加氢提质固定床反应器。
对液化油进行加氢精制；固液分离采用临界溶剂萃取的方法，从液化残渣中最大限度地回收重质油。
从而大幅提高了液化油收率。
（2）德国IGOR工艺
IGOR工艺是在4O年代德国商业化规模IG工艺的基础上改进而成的。
原料煤经磨碎、干燥后与催化剂、循环油一起制成煤浆。
加压至3OMPa并与氢气混合，进入反应器进行加氢液化反应。
此工艺在德国的Bottrop建造有200t/d中试厂。
设备运转了2.2万小时，处理了17万t煤，生产了8.5万t馏出产品。
其工艺主要特点是：把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化串联在一套高压系统中，避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失；催化剂采用炼铝工业的废渣（赤泥）；在固定床催化剂上还能把COz和CO甲烷化，使碳的损失量降到最低限度；循环溶剂是加氢油。
供氢性能好，煤液化转化率高。
（3）日本NEDOL工艺
NEDOL液化工艺是在美国EXXON石油公司1977—1984年开发的EDS工艺基础上的改进型，在1t/d装置试验成功的基础上。
设计建设了150t/d的大型中试厂。
主要对次烟煤和低阶烟煤进行液化。
该工艺特点是：主反应器是一个简单的液体向上流动的管束反应器。
操作温度为43O℃一465oC。
操作压力17MPa19MPa；催化剂采用合成的铁系催化剂或天然黄铁矿；大部分的中质油和全部的重质油馏分经加氢后被循环作为供氢溶剂，供氢性能优于EDS工艺；固液分离采用减压蒸馏的方法；该液化工艺的液体产品中含有较多的杂原子。
液化油的质量较低，还须加氢提质才能获得合格产品。
2.2 间接液化技术
南非Sasol的F.T合成工艺是目前世界上唯一以煤为原料制取液体燃料并实现商业化的公司，世界上首例浆态床反应器工业化F.T合成技术于1993年在Sasol投产，用于生产蜡和重质燃料油。
80年代初，中科院山西煤炭化学研究所对传统F.T合成进行了很大改进，提出将传统的F.T合成与沸石分子筛相结合的固定床两段合成（简称MFF法）和浆态床一固定床两段合
成工艺（简称SMFF法）。
此外，大连化学物理研究所等科研单位也对F—T合成进行了多方面的研究与探索。
2.3 共同液化（煤油共炼）技术
共同液化指同时对煤和非煤烃类液体的提质加工，即将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，提高煤液化的经济性。
共同液化由直接液化工艺改进变化而来，指同时对煤和非煤烃类液体的提质加工，烃类液体为所制备煤浆和运移煤的介质。
主要有：Lummus Crest共用液化工艺，阿尔伯特研究委员会共用液化工艺等。
3 结束语
煤炭液化是煤炭转化的重要方法之一，具有不可替代的优势。
世界各主要工业国家仍在不断改进和开发新的液化工艺。
目前，我国对进口石油的依存度已危及到我国的能源战略安全，煤液化技术在我国国家政策的支持下迅速发展。
我国神华煤制油集团在2004年8月依托自主开发的煤直接液化制油的成套技术，在鄂尔多斯市境内开工兴建全球首条百万吨级煤直接液化制油生产线，从2009年底起试生产到2012年已达到100万吨/年的设计产能，成功实现了“煤变油”的工业化生产。
我国石油资源不足，而煤炭资源十分丰富。
因此，“煤变油”、“以煤代油”的前景十分广阔。
参考文献
[1] 杨松君，陈怀珍.动力煤利用技术.北京：中国标准出版社，1999.
[2] 蒋云峰，武戈，邓蜀平，等.间接液化合成油品现状和前景分析.煤化工，1999.
[3] 高云龙，焦安量.煤液化油发展现状及投资前景分析.化工技术经济，2001.
[4] 薛贤贞，高仲峰.煤直接液化的技术及经济性评述.上海化工，2001.
[5] 王璋保.我国能源（石油）供应的安全问题.工业加热，2002.
作者简介
程浩（1984.09-），男，2008年四川大学本科毕业，助理工程师，职位为生产运行管理工程师在辽阳石化公司从事生产管理工作。
熊琼（1984.03-），男，2008年四川大学本科毕业，助理工程师，职位为设备管理工程师在辽阳石化公司从事设备维护保养工作。
