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第二章煤炭直接液化,第一节煤直接液化及其技术沿革第二节煤直接液化化学基础第三节煤直接液化体系第四节煤液化用催化剂第五节煤性质对煤液化的影响,第六节液化动力学第七节煤液化热溶解过程机理总结第八节反应条件对煤液化的影响第九节煤直接液化工艺第十节煤液化产品（初油）的加工提质第十一节液化残渣的利用,第一节煤直接液化及其技术沿革,2.1.1概述,简单说煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。,具体来说煤炭直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液体燃料。转化过程是在含煤粉、溶剂、催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚。需要较高的压力和温度。直接液化的优点热效率较高、液体产品收率高；主要缺点煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。,煤间接液化是首先将煤气化制取合成气（COH2），合成气经过净化、调整H2/CO比，在催化合成为液体燃料。优点煤种适应性较宽、操作条件相对温和、煤灰等三废问题主要在气化过程中解决。缺点总效率比不上直接液化。,由于煤炭液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染物以及灰分等，获得的液体产品是优质洁净的燃料和化学品。因此，煤炭液化将是中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。,煤炭与石油的根本区别,煤以缩合芳香环为主，石油以饱和烃为主；煤的H/C原子比低，0.3-0.8，石油H/C原子比高，1.8；煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在一起的大分子固体物，石油是不同大小分子组成的液体混合物。,参考课本表2-1.,2.1.2国外煤炭直接液化工艺发展概况,1913年，柏吉乌斯（Bergius）创立了煤的直接液化技术，并获得了专利。,1927年，德国IG公司开始建设第一座工业规模的直接液化生产装置，1931年投入运转。,二十世纪五十年代以后，中东大量廉价石油的开发，使煤炭直接液化失去了竞争力和继续存在的必要，一度停滞。,二十世纪七十年代后，相继开发出一批新工艺。代表性工艺美国HTI、日本NEDOL、德国IGOR。,2.1.3我国煤炭直接液化技术开发概况,2.2.1煤炭直接液化的功能,第二节煤直接液化化学基础,1、将煤的大分子结构分解成小分子；,2、提高煤的H/C原子比，以达到石油的H/C原子比水平；,3、脱除煤中氧、氮、硫等杂原子，使液化油的质量达到石油产品的标准；,4、脱除煤中无机矿物质。,2.2.2煤炭直接液化的原理,1、打断煤大分子的桥键；,2、加氢，改变分子结构，提高H/C比；,3、脱除煤中氧、氮、硫等杂原子；,4、脱除煤中无机矿物质。,煤的热解；对自由基“碎片”的供氢；脱氧、硫、氮杂原子反应；缩合反应,2.2.3煤液化过程中的化学反应,,煤的热解,由于以上过程是在溶剂中进行的，所以又叫做热溶解。,,上述过程即为对自由基“碎片”的供氢,脱氧、氮、硫杂原子的反应,参看课本133-134页的脱氧反应、脱硫反应和脱氮反应。,缩合反应,当温度过高或供氢不足，自由基“碎片”发生缩合，生成半焦或焦炭。将使液化产率降低，是液化中不希望发生的反应。,煤加氢液化时可能发生的几种反应,2.2.4煤炭加氢液化的实验室研究方法,试验过程与设备,产物分析,煤液化产物可分为气相产物和液-固相产物。,气相产物（包括两部分一是含杂原子的气体，如H2O、H2S、NH3、CO2和CO等；二是气态烃，主要是C1-C3,有时包括C4，生产气态烃会消耗大量氢，所以气态烃产率增加会导致氢耗量提高）经冷却、计量后，可用气相色谱或气-质联用进行气体分析。,液-固相产物组成复杂，要先用溶剂进行分离，常用溶剂有正己烷（环己烷）、甲苯（苯）和四氢呋喃THF（或吡啶）。溶于正己烷的称为油；不溶于正己烷而溶于苯的称为沥青烯；不溶于苯而溶于四氢呋喃（吡啶）的称为前沥青烯；不溶于四氢呋喃的称为残渣（未反应煤）一般可采用两种方法进行分离一是减压蒸馏法；二是溶剂萃取法。,下面介绍溶剂萃取分离流程和一些概念,2.2.5煤加氢液化的反应历程,煤直接液化的基本历程,煤加氢液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压H2存在下，随温度升高。煤在溶剂中膨胀形成胶体系统、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度左右生成沥青质含量很高的高分子物质。,在煤有机质裂解的同时，伴随着分解、加氢、解聚、聚合以及脱氧、脱氮、脱硫等一系列平行和顺序反应发生，从而生成H2O、CO、CO2、NH3和H2S等气体。,煤加氢液化反应历程如何用化学方程式表示，至今尚未完全统一。目前，公认的几种看法如下,
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