浅析煤直接液化加氢反应影响因素
浅析煤直接液化加氢反应影响因素
内蒙古鄂尔多斯017209
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”。此时，若有足够的氢，自由基
就能得到饱和而稳定下来，若氢不够，则自由基之间相互结合转变为不溶性的焦。所以，在煤的初级液化阶段，煤有机质热解和供氢是两个十分重要的反应。
煤是非常复杂的有机物，在加氢液化过程中化学反应也及其复杂，它是一列
顺序反应和平行反应的综合，可认为发生下列四类化学反应：
（1 ）煤的热解
煤在隔绝空气的条件下加热到一定温度，煤的化学结构中键能最弱的部位开
始断裂，
热裂解
呈自由基碎片：煤————＞自由基碎片R.
随温度升高，煤中一些键能较弱和较高的部位也相继断裂，呈自由基碎片。
（2）对自由基碎片的供氢
煤热解产生的自由基碎片是不稳定的，它只有与氢结合后才能变得稳定，成
为分子量比原料煤要低得多的初级加氢产物，其反应是：
自由基碎片 R.+ H———＞RH
供给自由基的氢源主要来自以下四个方面：
①溶解于溶剂油中的氢气在催化剂作用下变为活性氢；
②供氢溶剂油碳氢键断裂产生的氢自由基；
③煤本身可供应的氢；
④化学反应生成的氢；
当液化反应温度提高，裂解反应加剧时，需要有相应的供氢速率相配合，否
则就有结焦的危险。提高供氢能力的主要措施有：增加溶剂的供氢能力；提高
液化系统氢气压力；使用高活性催化剂；在气相中保持一定的H2S浓度等。
（3）脱氧、硫、氮杂原子反应
加氢液化过程中，煤结构中一些氧、硫、氮也产生断裂，分别生成H2O、H2S、NH3气体而被脱除。
（4 ）缩合反应
在加氢液化过程中，由于温度过高或供氢不足，煤热解的自由基碎片彼此会
发生缩合反应，生成半焦和焦炭。缩合反应将使液化产油率降低，它是煤加氢液
化中不希望发生的反应。
为了提高煤液化过程的液化效率，可采取以下措施防止结焦：提高系统的
氢分压；提高供氢溶剂的供氢性；反应温度不要过高；缩短反应时间等。
2、煤直接液化的工艺流程
在煤直接液化的工艺中较为关键的步骤有煤的烘干、破碎、制备煤浆、以及
加入氢气进行液化的过程(在反应的过程中采用串联的反应器)、然后对于固体和
液体进行分离、对于气体进行净化、对液体产品进行蒸馏和精制，最后对液化干
气制氢提取氢气。液化过程就是将上述步骤过程中制成的油煤浆，然后与催化剂、氢气进行混合送入反应器。在反应器当中，煤炭首先会受热发生分解，逐渐变成
自由基碎片，这些自由基碎片会和反应器中的氢气进行结合发生反应，形成一种
具有较小分子量的氢化物。反应器中所产生的反应物非常的复杂，既包括气体又
包括液体和固体。气相的主要组成部分是氢气和轻烃，气相轻烃在进行膜分离之
后氢气可以作为循环氢再进入反应器进行重复的使用;固体物质主要是没有反应
的煤和无机矿物质、沥青烯、前沥青烯或者是催化剂等。液体的轻油经过提质加
工就会变成日常生活中所使用的汽油、以及柴油或者是航空煤油等。重质的液体
会进一步进行分解得到重油或者是其他物质，而重油又可以作为循环溶剂进行使用。
二煤直接液化工艺条件对反应的影响
1煤浆浓度
从理论及大量试验数据看，煤浆浓度对液化反应的影响应该是浓度越稀越有
利于煤热解自由基碎片的分散和稳定，但是连续生产装置的实际反应实际是煤浆
流量、反应器体积和反应器内的气体滞留系数所决定的。当煤浆流量和反应器体
积一定时，实际反应时间是由反应器内的气体滞留系数决定。煤浆中的溶剂在煤
直接液化反应条件下的反应器内大约50%变为气体状态，因此煤浆浓度低反应器
内的气体滞留系数就高，反应器的有效体积（液相体积）就低，实际反应时间短，给煤直接液化反应带来负面的影响。
在煤直接液化连续生产装置中，希望尽可能高的煤浆浓度，但是选择煤浆浓
度还要考虑煤浆的输送和煤浆预热炉的适应性。煤浆的输送性主要取决于煤浆的
黏度；煤浆黏度过高，煤浆在管道内的流动阻力增大，使煤浆泵输送功率增大；
一般煤浆的黏度控制在60℃下时小于等于400mPa·s。煤浆浓度对煤浆加热炉的
影响较为复杂；当煤浆温度升至煤颗粒热解温度（300～400℃）时，由于发生了
化学反应，煤热解产生的自由基碎片急剧增加，煤浆黏度也会急剧增加，而后随
着温度的增加，体积的膨胀，黏度会出现下降。这种现象与煤种和煤浆浓度及溶
剂性质都有很大的关系，在设计煤浆加热炉时要充分考虑各种因素。考虑操作弹性，一般煤浆浓度设置为45%。
2 循环供氢溶剂
循环供氢溶剂采用预加氢工艺、溶剂供氢性能好，煤液化反应条件温和。在
煤加氢液化过程中，溶剂起着热解煤粒、溶胀分散、稳定自由基、提供和传递转
移活性氢、稀释液化产物作用，其中提高溶剂自身的供氢和传递氢能力是当前煤
加氢液化新技术开发的重点之一。
随着溶剂供氢性提高，煤粒在溶剂中更好的溶解、溶胀、分散有助于煤粒成浆，在反应过程中，自由基及时得到稳定。溶剂稳定、提供和传递转移活性氢的
提高，可使反应深度加大，转化率提高，液化油产率提高。在实际生产中，通过
提高配置煤浆溶剂油的温度，进而提高入加热炉油煤浆温度，减少对煤浆加热炉
的加热强度；其次增加液化油的重质化，增大装置内循环溶剂供给，从而解决溶
剂油的供应不平衡问题，提高溶剂供氢性和反应对溶剂油的选择性，增大反应温升，降低加热炉出口温度要求。
煤液化装置初次开工的溶剂是外购的脱晶蒽油或煤焦油经加氢稳定装置深度
加氢、分馏后流程大于215℃的重组分，为了保证溶剂油的供氢性初次溶剂经3-
4次加氢密度小于0.97为合格。在正常生产以后，溶剂为液化自产并送入加氢稳
定装置加氢后在循环回液化装置，保证了溶剂的供氢性，即使有时循环溶剂不平衡，也只是少量补入对整个循环溶剂系统的影响可以忽略。
通过上图可以看出在罐区合格供氢溶剂与未加氢的液化重油配比1:1作为煤
液化装置供氢溶剂运行期间即使负荷降低，转化率还是大幅降低。分析原因主要
是由于部分液化油未经加氢饱和与合格供氢溶剂油一起加热后直接供煤液化装置，造成溶剂油的供氢性相对不足，进而使煤粉的转化率低。
3反应温度
反应温度是影响煤直接液化反应最显著的因素。下表为煤液化某一段时间
(30个样本的平均值)反应温度与反应产物%对应值
反沥前气油转
应温度青烯产
率沥青烯
产率
产率产率化率
45 0℃
6.
21
0.
17
2
1.75
53
.87
8
6.87
45 5℃
5.
06
0.
59
2
3.85
55
.16
8
9.74
46 0℃
0.
71
0.
71
2
6.36
53
.19
9
0.13
由上表可以看出，在一定反应温度范围内450℃升高到460℃，随着反应温
度的增加，总转化率由86.87%增加至90.13%，油产率在455℃达到最大55.16%，目标产品油收率明显增加，这是因为煤直接液化的反应速率随温度的增加呈指数
增加。所以提高反应温度是最有效的提高转化率的方法。但是在反应温度从455℃升高至460℃油收率反而降至53.19%，这时因为煤直接液化反应是个平行顺序反应，煤的大分子在加氢裂化生成小分子的同时，小分子产物同时加氢生成更小的
分子，气产率从23.85%升至26.36%明显增加。因此在选择反应条件时，特别是
最敏感因素反应温度时，要充分注意提高反应温度后存在的不利影响。另外反应
温度提高后，反应热随反应速率的增加成比例增加，使反应器的温度控制非常困难，所以提高反应温度一定要十分慎重，煤液化反应温度要根据原料煤性质、溶
剂质量、反应压力及反应停留时间、反应器温度的可控性等因素综合考虑。
4反应压力
影响煤直接液化反应压力的主要是氢气分压，大量试验研究证明，煤直接液
化反应速率与氢气分压的一次方成正比，氢气分压越高越有利于煤的液化反应。
提高氢气分压，可以提高系统总压或提高氢气在循环气中的浓度。提高系统总压将使整个液化装置的压力等级提高，将对装置投资增加影响很大；另外压力的增加使氢气压缩和煤浆加压消耗的能量也增加，因此提高液化装置的压力需综合各方面的因素慎重考虑。
提高循环气中氢气的浓度是在系统总压不变的条件下提高反应速率的有限措施，但对液化反应也有一定效果。提高循环气中氢气浓度的方法是增加新氢气流量，或通过膜分离等设备，提高循环气中的氢气体积浓度。
5反应停留时间
反应停留时间是指反应器内液相的实际停留时间。反应停留时间对煤直接液化反应也比较敏感，和反应温度一样有一个最佳值。增加反应停留时间，可以通过降低处理量或增大反应器来实现，但一味的增加反应停留时间，不但降低了反应器利用率、增加生产成本，同时对液化装置也会带来负面影响，如气产率和氢耗增加等。
6气液比
气液比的增加对煤直接液化反应有正反两方面的影响。当气液比提高时，液相的较小分子更多的进入气相中，而气体在反应器内的停留时间远低于液相停留时间，这样就减少了小分子的液化油继续发生裂化反应的可能性，与此相反却增加了液相中大分子的沥青烯和前沥青烯在反应器内的停留时间，从而提高了他们的转化率。另外，气液比的提高会增加液相的返混程度，这对反应也是有利的，这是对反应的正面影响。
但提高气液比也会产生负面影响，即气液比提高会使反应器内气含率（反应器内的有效空间与整个反应器容积之比）增加，使液相所占空间（反应器的有效空间）减少，这样就使液相停留时间缩短，反而对反应不利。另外提高气液比还会增加循环压机的负荷，增加动力消耗。通过大量试验研究分析，煤直接液化反应的气液比有一个最佳值在700～1000Nm3/t，另外最佳气液比与反应器的形式也有关系。
7催化剂添加量
在煤直接液化过程中，煤的大分子结构首先受热分解，而使煤粉结成以结构
单元缩合芳烃为单个分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产物。自由基碎片加氢稳定后的液态物质
可分成油类、沥青烯和前沥青烯三种不同成分，对其继续加氢，前沥青烯转化成
沥青烯、沥青烯又转化为油类物质。催化剂的作用是吸附气体中的氢分子，并将
其激活成活性氢以便被煤的自由基碎片接受。硫是煤直接液化的助催剂，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，在液化过程中起着非常重要的作用，纳米级优良的铁系催化剂的用量可以将
催化剂的添加量由原来的3%左右降到0.7%左右，纳米级优良的铁系催化剂可以
缓和液化反应条件的苛刻度，减少副反应并降低能耗，提高氢转移效率，提高液
化油的产率，对降低液化产品成本提高经济性有着十分明显的作用。通过大量试
验发现煤液化反应过程中，多次出现当催化剂添加量不足时，反应温度温升减少，严重时反应温度出现急剧下降趋势，只能靠提高加热炉出口温度来短时间缓解反
应温度的下降趋势，但这样加大了加热炉过热、结焦的可能性。提高催化剂添加
量能提高煤与残油的转化率，但付出的代价是要增加油渣的量。每添加一个W%的
催化剂，就有损失同样等数量的转化油到油渣中，以维持油渣中50（WT）%的固
体颗粒。减少催化剂添加率将降低煤和残油的转化，但是也会减少油渣中的固体
颗粒，提高实际的产油率。因此在其他操作条件不变的情况下，要保证催化剂的
适当添加量，维持反应温度，从而保证煤的转化反应。
小结
通过以上对煤直接液化反应影响因素的正反两方面分析，看出煤直接液化反
应过程是非常复杂的，需要理论与实践相结合，通过大量试验研究确定最佳值,
同时也可为进一步优化各参数与选择合适的工艺条件提供一定的参考。
在分析影响因素及原因的同时，提出了优化生产操作时需要采取的措施，从
而达到减少装置波动消除生产运行中的瓶颈，提高装置运行效率，降低能耗与增
加产品收率的等效果，从理论到实践见证煤直接液化技术逐渐走向成熟也使企业
的经济效率和社会效率得到明显提高。
参考文献
［1］吴秀章、舒歌平、李克健、谢舜敏编著.煤炭直接液化工艺与工程.科学出版社.2015
煤的焦化、液化、气化
一、煤的焦化 一、煤的焦化 （一）煤炭焦化的定义 煤炭焦化又称煤炭高温干馏。以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。产品用途:煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油、煤气和化学产品3类。 （二）烟煤炼焦技术 煤料在焦炉过程中主要受到来自两侧炉墙的高温作用，从炉墙到炭化室中心方向，煤料逐层经过干燥、脱水、脱除吸附气体、热分解、胶质体的产生和固化、半焦形成和收缩等阶段。最终形成焦炭。实际生产过程中，各阶段之间互相交错、难以截然分开。 1、开燥脱吸阶段：120℃以前放出外在水分和内在水分，200℃以前析出吸附于煤孔隙中的气体。 2、热解开始阶段：这一阶段的起始温度随煤变质程度而异，一般在200-300℃发生，主要产生化合水和CO2、CO和CH4等气态产物，并有微量焦油析出。 3、胶质体产生和固化阶段：大部分黏结性烟煤在350-450℃大量析出焦油和气体。几乎全部焦油在这一温度下产生，释放的气体以CH4及其同系物为主，别有少量不饱和烃CnHm和H2、CO、CO2等。这些液体、气体和残余的煤粒一起形成胶质体状态。进一步加热，胶质体热解更加激烈，析出大量挥发物，黏结性烟煤煤熔融、相互黏结，固化为半焦。 4、半焦收缩和焦炭形成：500℃左右黏结性烟煤经胶质体状态，散状煤粒熔融、相互黏结而形成斗焦。温度继续升高，700℃之前，半焦内释放出的挥发物以H2和CH4为主，并使半焦收缩产生裂纹，称为半焦收缩阶段。700-950℃半焦进一步热分解，析出少量以H2为主要成分的气体，半焦进一步收缩，使其变紧变硬，裂纹增大，最终形成焦炭。 二、煤的气化 （一）煤炭气化的定义 煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。 （二）气化的分类： 目前煤的气化方法已达60多种，其分类方法也是多种多样的，： 1、按入炉煤粒度划分的有粉煤（100-200目）气化，小粒度煤（0-10mm）气化、块煤（6-100mm）气化。 2、按煤在炉内状况划分界线的有固定床（或称移动床）气化、流化床（或称沸腾床）气化、气流床气化、熔渣床（或称熔盐床）气化。 3、按气化介质划分的有空气、空气-蒸汽、富氧空气-蒸汽、蒸汽和氢气等。 4、按煤气用途划分的有燃料煤气、城市煤气、高热值煤气、还原气等。 5、按煤气热值划分的有低热值气（1000-1500KCAL/m3）和高热值煤气(4000KCAL/m3)以上。 6、按排灰方式划分，有固态排渣、液态排渣、灰团聚排渣气化。 7、按操作方式划分，有常压气化和加压气化。 以下主要介绍按煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有： 1、固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 对煤的要求：对煤种有一定要求，煤的黏结性不能太强，要求使用块煤 2、流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。 对煤的要求：对原料煤性质有一定要求，一般要求使用化学反应性好的年轻褐煤、长焰煤和不黏煤，不适用于有黏结性的煤，灰熔融性软化温度（ST）要求较高。
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+H2)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℃以上)，高压(10MPa以上)，氢气(或CO+H2, CO+H2O)、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。 1927年德国在莱那(Leuna)建立了世界上第一个煤直接液化厂，规模10×l04 t/a。1936~ 1943年为支持其法西斯战争，德国又有11套煤直接液化装置建成投产，到1941年，生产能力曾达到423×104t/a． 20世纪50年代后，中东地区大量廉价石油的开发，使煤液化（包括直接液化和间接液化）失去了竞争力．1973年后，由于中东战争，世界范围内发生了一场石油危机，煤液化研究又开始活跃起来。德国、美国、日本、俄罗斯等国的煤化学家相继开发了煤炭直接液化新工艺，主要目的是提高煤液化油的收率和质量、缓和操作条件、减少投资、降低成本；相继成功地完成了日处理150－600t煤的大型工业性试验并进行了商业化生产厂的设计。 第一章煤直接液化的基本原理 第一节煤的分子结构与适宜直接液化的煤种 一、煤的大分子结构模型 根据最新的研究成果，一些学者提出了煤的复合结构概念模型，认为煤的有机质可以设想由以下4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，包括煤的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，或互相缔合，或与第一
煤炭液化技术复习资料
第三章 1.什么是煤炭直接液化? 定义: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.煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。 2.煤炭直接液化的途径是什么？如何实施？ 途径：煤先经加氢裂解等过程转化为液化油,再提质加工得到成品油.具体实施：先热解反应产生自由基碎片再由自由基碎片加氢得到的油再经脱杂（S，N，O等杂原子），缩合反应得到成品油。 3.煤炭直接液化反应有哪些？主要反应是什么? 煤的热解反应自由基碎片的加氢反应脱杂原子反应缩合反应 4.什么是自由基碎片? 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 5.自由基碎片加氢反应中氢的来源是什么？哪些是主要来源？ 供给自由基的氢源主要有： （1）外界供给的氢在催化剂作用下变为活性氢； (2）溶剂可供给的或传递的氢； （3)煤本身可供应的氢(煤分子内部重排、部分结构裂解或缩聚形成的氢）; (4)化学反应生成的氢,如CO和H2O反应生成的氢等. 6.煤直接液化研究中油，沥青烯，前沥青烯，残渣是如何定义的？ （1）油：可溶于正己烷的物质 (2）沥青烯：不溶于正己烷而溶于苯 （3）前沥青烯：不溶于苯而溶于四氢呋喃或吡啶 （4)残渣：不溶于四氢呋喃或吡啶的物质 7.描述煤炭直接液化反应的历程？ 首先，煤在溶剂中膨胀形成胶体系统,有机质进行局部溶解，发生煤的解体破坏，350~400℃左右发生分解、加氢、解聚、聚合以及脱杂原子等一系列反应，生成沥青质含量很多的高分子物质。 当温度达到450~480℃时，溶剂中氢的饱合程度增加，使氢重新分配程度也相应增加，从而使煤加氢液化过程逐步加深，使高分子物质（沥青质）转变为低分子产物-油和气。这个过程中也是存在分解、加氢、解聚、聚合以及脱杂原子等一系列反应 1）先裂解后加氢。 2）反应以顺序进行为主。虽然在反应初期有少量气体和轻质油生成，不过数量不多。 3）前沥青烯和沥青烯是主要中间产物。 4）结焦反应的发生.当反应温度过高，氢压不足或反应时间过长，已形成的前沥青烯、沥青烯以及煤裂解生成的自由基碎片可能缩聚成不溶于任何有机溶剂的焦；油亦可裂解、聚合生成气态烃和分子量更大的产物。
[鉴赏]煤的焦化、液化、气化
[鉴赏]煤的焦化、液化、气化 一、煤的焦化 一、煤的焦化 (一)煤炭焦化的定义 煤炭焦化又称煤炭高温干馏。以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950?左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。产品用途:煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油、煤气和化学产品3类。 (二)烟煤炼焦技术 煤料在焦炉过程中主要受到来自两侧炉墙的高温作用，从炉墙到炭化室中心方向，煤料逐层经过干燥、脱水、脱除吸附气体、热分解、胶质体的产生和固化、半焦形成和收缩等阶段。最终形成焦炭。实际生产过程中，各阶段之间互相交错、难以截然分开。 1、开燥脱吸阶段:120?以前放出外在水分和内在水分，200?以前析出吸附于煤孔隙中的气体。 2、热解开始阶段:这一阶段的起始温度随煤变质程度而异，一般在200-300?发生，主要产生化合水和CO2、CO和CH4等气态产物，并有微量焦油析出。 3、胶质体产生和固化阶段:大部分黏结性烟煤在350-450?大量析出焦油和气体。几乎全部焦油在这一温度下产生，释放的气体以CH4及其同系物为主，别有少量不饱和烃CnHm和H2、CO、CO2等。这些液体、气体和残余的煤粒一起形成胶质体状态。进一步加热，胶质体热解更加激烈，析出大量挥发物，黏结性烟煤煤熔融、相互黏结，固化为半焦。 4、半焦收缩和焦炭形成:500?左右黏结性烟煤经胶质体状态，散状煤粒熔融、相互黏结而形成斗焦。温度继续升高，700?之前，半焦内释放出的挥发物以
H2和CH4为主，并使半焦收缩产生裂纹，称为半焦收缩阶段。700-950?半焦进一步热分解，析出少量以H2为主要成分的气体，半焦进一步收缩，使其变紧变硬，裂纹增大，最终形成焦炭。 二、煤的气化 (一)煤炭气化的定义 煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气,固反应和均相的气相反应。 (二)气化的分类: 目前煤的气化方法已达60多种，其分类方法也是多种多样的，: 1、按入炉煤粒度划分的有粉煤(100-200目)气化，小粒度煤(0-10mm)气化、块煤(6-100mm)气化。 2、按煤在炉内状况划分界线的有固定床(或称移动床)气化、流化床(或称沸腾床)气化、气流床气化、熔渣床(或称熔盐床)气化。 3、按气化介质划分的有空气、空气-蒸汽、富氧空气-蒸汽、蒸汽和氢气等。 4、按煤气用途划分的有燃料煤气、城市煤气、高热值煤气、还原气等。 5、按煤气热值划分的有低热值气(1000-1500KCAL/m3)和高热值煤气 (4000KCAL/m3)以上。 6、按排灰方式划分，有固态排渣、液态排渣、灰团聚排渣气化。 7、按操作方式划分，有常压气化和加压气化。
煤液化技术
第一章绪论 1、我国石油能源面临的形势和对策 答：形势：我国石油消费不断增长，大大超过了同期原油生产的增长速度，致使石油共需缺口逐年扩大，不得不进口以补充国内资源不足对策：加大国内石油勘探开发力度，加强国际间的合作多渠道进口石油资源和增加石油的战略储备，加强对煤炭资源的利用。 2、简述煤炭液化的发展史 答：1913年，德国人Bergius发明煤炭在高温高压下加氢能转化成液体油品；1931年，德国IG公司的煤直接液化厂投入运转，生产能力为产油10万吨/年第二次世界大战期间，德国有12家生产厂，总生产能力423万吨/年；40年代，日本、英国、美国也有试验装置。1949年，美国矿业局建立了煤炭处理量为50~60 t/d中试装置；1952年，美国矿业局制定了煤炭液化的发展计划，规划建设2座煤直接液化厂联合碳化物公司；从1935年开始就研究煤炭直接液化技术，到五十年代初发展到300 t/d的试验规模，试图生产各种芳香烃类化学品； 1960年，成立了煤炭研究办公室（OCR）一直支持一些公司和研究机构从事以气化、液化为重点的煤炭加工利用的研究。 3、为什么说煤炭液化是我国的战略选择 答：中国有丰富的可供液化的煤炭资源；中国石油资源短缺；中国政府非常重视石油资源短缺问题，地方积极性也高；是实现煤炭资源高效洁净利用的有效途径之一，提高了煤炭转换过程中的效率及控制了污染，提供了优质替代燃料，优化终端能源结构，保障能源安全。 第二章煤炭与石油的基本性质和分类 1、煤的大分子是如何构成的？ 答：煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成。基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，可分为规则部分和不规则部分。 2、什么是煤的族组成？ 答:在一定条件下，对煤的分子结构没有破坏的情况下，进行分子分离后得到的组成 3、煤的溶剂抽提有哪几种？ 答:普通、特殊、抽提热解、化学抽提氢解和超临界抽提 4、什么是煤的容胀？ 答：高聚物中的高分子键通过一定数量的化学键相交联形成三维空间结构 5、发动机燃料有哪几种？ 答：汽油、柴油、喷气燃料 6、对液体燃料有哪些要求？ 答：蒸发性、燃烧性、安定性、腐蚀性、低温流动性 7、原油及其馏分族组成表示中，N、P、O、A 分别表示什么？ 答：分为链烷烃
浅析煤直接液化加氢反应影响因素
浅析煤直接液化加氢反应影响因素 内蒙古鄂尔多斯017209 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
科普▕煤的加氢与热解
小化 03-30原文 煤样与液体烃类的主要差别在于，煤的H／C 原子比比石油原油、汽油低很多，而比沥青低一些。因此，要使煤液化转变为石油原油等，需要深度加氢，而转变为沥青质类物质使用轻度加氢。煤的加氢需要供氢溶剂、高压下的氢气及催化剂等。因此，工艺和设备比较复杂。通过煤的加氢可以对煤的结构进行研究，并且可使煤液化，制取液体燃料或增加黏结性、脱灰、脱硫，制取溶剂精制煤，以及制取结构复杂和有特殊性质的化工中间物。从煤的加氢能得到产率很高的芳香性油状物，已分离鉴定出150 种以上的化合物。 煤加氢分为轻度加氢和深度加氢两种。①轻度加氢是在反应条件温和的条件下，与少量氢结合。煤的外形没有发生变化，元素组成变化不大但不少性质发生了明显的变化，如低变质程度烟煤和高变质程度烟煤的黏结性、在蒽油中的溶解度大大增加，接近于中等变质程度烟煤。②深度加氢是煤在激烈的反应条件下与更多的氢反应，转化为液体产物和少量气态烃。 煤加氢中包括一系列的非常复杂的反应，有平行反应也有顺序反应，到目前为止还不能够完整地描述。其中有热解反应、供氢反应、脱杂原子反应、脱氧反应、脱硫反应、脱氮反应、加氢裂解反应、缩聚反应等。 热解反应现在已经公认，煤热解生成的自由基，是加氢液化的第一步。热解温度要求在煤的开始软化温度以上。热解生成的自由基在有足够的氢存在时便能得到饱和而稳定下来，没有氢供应就要重新缩合。 供氢反应煤加氢时一般都用溶剂作介质，溶剂的供氢性能对反应影响很大。因为研究证明反应初期使自由基稳定的氢主要来自溶剂而不是来自氢
气。具有供氢能力的溶剂主要部分是四氢萘、9 ，10 二氢菲和四氢喹啉，供氢溶剂给出氢后又能从气相吸收氢，如此反复起了传递氢的作用。 加氢裂解反应这是主要反应，包括多环芳香结构饱和加氢，环破裂和脱烷基等。随着这一反应进行，产品分子量逐步降低，结构从复杂到简单。缩聚反应在加氢反应中如温度太高，氢供应不足和反应时间过长也会发生逆方向的反应即缩聚生成分子量更大的产物。 二、煤的热解 所谓煤的热解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程。其结果生成气体（煤气）、液体（煤焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品。煤的热解也称为煤的干馏和热分解。 目前煤加工的主要工艺仍是热加工。按热解最终温度不同可分为：高温干馏（950～1050 ℃），中温干馏（700 ～800 ℃），低温干馏（500 ～600 ℃）。煤的热解是工的基础。 1．煤的热解过程 有黏结性的烟煤热解过程，如图1 －8 所示，大致可分为3 个阶段。 第一阶段（室温～300 ℃）主要是煤干燥、脱吸阶段。煤的外形没有发生变化。120 ℃前是煤脱水干燥；120 ～200 ℃煤是放出吸附在毛细孔中的气体，如CH 4、CO 2、N 2等，是脱吸过程；近300 ℃褐煤开始热解，生成CO 2、CO 、H 2 S 等，同时放出热解水及微量焦油，而烟煤、无烟煤此时变化不大。 第二阶段（300 ～550 ℃或600 ℃）该阶段以煤热分解、解聚为主，形成胶质体并软化而形成半焦。 300 ～450 ℃时煤激烈分解、解聚，析出大量的焦油和气体，焦油几乎全部在这一阶段析出。气体主要是CH 4及其同系物，还有H 2、CO 2、CO 及不饱和烃等。这些气体称为热解一次气体。在450 ℃时析出的焦油量最大。在该阶段由于热解，生成气、液（焦油）、固（尚未分解的煤粒）三相为一体的胶质体，使煤发生了软化、熔融、流动和膨胀。液相中有液晶（或中间相）存在。 450 ～550 （600 ℃）胶质体分解、缩聚，固化形成半焦。
加氢裂化反应影响因素
加氢裂化反应影响因素 1．反应温度 反应温度是装置最重要的工艺参数，必须严格控制。由于加氢裂化反应的活化能比较高，因此提高反应温度，可使加氢裂化速度加快。反应产物中低沸点组成的含量增加，而环烷烃含量会下降，异构烷烃与正构烷烃的比例下降。反应温度过高，加氢的平衡转化率会下降，反应温度过低，则裂化反应速度过慢，为了充分发挥催化剂效能和适当提高反应速度，需保持一定的反应温度，反应温度决定于催化剂性能，产品性能和原料性质。原料中氮化物的存在会使催化剂的酸性和活性下降。为了保持所需反应深度，也必须提高反应温度。通常在运转初期，催化剂活性较高，反应温度可以适当低一些。运转后期，由于催化剂表面积碳增加，催化剂活性下降，为了保持一定的裂化深度，则反应温度就要逐步提高一些。加氢裂化是一个大量放热的反应过程。反应温度增加则反应速度加快，但是释放出来的反应热也相应增加，因此，必须通过在各床层注入冷氢来控制催化剂床层温度，以保护催化剂。 2．反应压力 反应压力是影响加氢精制和加氢裂化反应的主要因素之一。反应压力的实际因素是氢分压。氢分压提高，可促进加氢精制与裂化反应的进行，所得的产品含硫，含氮化合物
减少，更重要的是可减少结焦，保持催化剂活化，提高催化剂的稳定性。 反应器中的氢分压等于油汽加上循环氢的总压与氢气占全部气体分子数的乘积。本装置补充氢纯度确定为99.9%。从经济角度出发，不采用提高补充氢纯度的办法来提高氢分压。 3．氢油比 氢油体积比有两种，其一是反应器入口的氢油比，其二是总冷氢油比。 反应器入口氢油比是每小时通过反应器内氢气（循环氢气+新氢）体积与每小时通过的原料油体积之比。（单位为Nm3 /m3）。总冷氢油体积比是每小时通入反应器的总冷氢气体积总和与每小时通过的原料油体积之比。 在加氢反应器中只有一部分氢气起反应。大部分氢气仍以自由状态存在。采用高氢油比，可提高氢分压，有利于传质和加氢反应的进行，在一定范围内防止油料在催化剂表面结焦。不过，氢油比也不能过大，否则要增加投资和操作费用，在正常生产条件下，氢油比的少量波动对产品质量和收率影响不十分明显。但为了保护催化剂和保持设计在最小的设计值。本装置R-4101入口的氢油比设计值为750Nm3/m3，假如不能维持设计的氢分压，必须降低进料量，以达到避免增加催化剂结焦。
焦油加氢过程危险有害因素分析
焦油加氢过程危险有害因素分析 该项目拟采用中温煤焦油加氢装置用先进的中温煤焦油加氢异构工艺和催化剂，以上游产品煤焦油作为装置进料。氢气采用PSA制氢装置供氢，生产柴油、石脑油和焦油沥青。其生产过程中危险、有害因素分析如下： 1.火灾、爆炸 该单元煤焦油预分馏装置、煤焦油加氢装置、PAS制氢装置在连续生产过程中，氢气、油品于高温、高压下在装置中连续流动、反应（加热炉采用天然气为燃料）。若动设备及塔器制造不合格，安装（检修）不当，焊接有缺陷，密封损坏等原因导致开裂损坏或密封失效，可使高温、高压的氢气、油品及氢油混合物泄漏，导致重大火灾、爆炸事故的发生。 系统管阀及设备附属管阀的本体、焊缝及密封件因存在缺陷而损坏，特别是该项目中氢气压缩机、氢气管道，压力较高，管道焊缝和阀门出现缺陷的危险性较大，如果不能严格控制焊接、安装质量，可能发生泄漏，导致重大火灾、爆炸事故的发生。 该系统装置在临氢的条件下操作，高压富氢介质在高温下，会对钢铁材质的设备产生氢蚀，使设备发生氢开裂或氢鼓泡；长期运行氢气的设备和管线发生“氢脆“现象，致使
金属的抗压和抗冲击的性能发生变化，给装置平稳运行带来安全隐患，可导致重大火灾、爆炸事故的发生。 加氢气体产物含有硫化氢，它会对设备、管道等产生腐蚀，严重时使可燃气体泄漏，遇到点火源而发生火灾、爆炸事故。 该系统装置在高压下运行，若设备、管道等防止超压的安全附件失灵、操作不当、报警系统失灵，若超压不能被及时发现，严重时可能导致系统设施损坏，进而导致可燃介质泄漏，遇火源引起火灾、爆炸事故。 在加氢反应过程中，对中温煤焦油进行加氢脱硫、脱氮所生成硫化氢和氨，在高压分离器生成硫氢化铵(NH4SH)。该物质可在低温下结晶析出，若在空冷器前除盐水注入不及时或注水系统不能正常工作而堵塞空冷器管束，可引起系统超压，进而导致火灾、爆炸事故的发生。 该系统的加热炉是明火危险源之一，以下因素可引起火灾、爆炸事故： 1）炉管在高温下可能发生烧穿损坏；原料中的硫介质可能造成炉管腐蚀损坏；炉管、弯头材质选错或连接部位有缺陷可能造成开裂损坏，造成漏气； 2）燃料气带液可造成炉嘴结焦，风门调节不当可造成炉内混合气比例不当，采用人工点火（点火棒）可能出现误动作。这些因素常常会引起炉膛爆炸；
高压直接液化对煤气化产物的影响研究
高压直接液化对煤气化产物的影响研究 一、引言 煤气化是一种将煤炭等可燃性固体物质转化为可燃气体的技术，是一项重要的化学工业过程。煤气化产物的组成和性质对其后续 的处理和利用有着重要的影响。高压直接液化技术是一种将气体 直接液化成为液态燃料的技术，其应用已经得到了广泛认可。本 文将探讨高压直接液化对煤气化产物的影响。 二、煤气化产物的性质 煤气化产物通常包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和其他 烃类物质等组成。这些物质的含量和生成速度受到多种因素的影响，如煤种、煤气化反应条件、反应时间等。在一般情况下，煤 气化产物中氢气和一氧化碳的含量比较高，而甲烷、二氧化碳的 含量比较低。此外，煤气化产物还可能带有少量的硫化氢、氨气 等气体或气态物质。 三、高压直接液化技术的原理 高压直接液化技术是一种将气体直接液化的技术，其原理是在 高压下将气体压缩到临界点以上，使其变为液态燃料。高压直接 液化技术的优势主要在于其产生的液态燃料稳定性好、能量密度高、易储存和运输等特点。 四、高压直接液化对煤气化产物的影响
高压直接液化对煤气化产物的影响主要表现在对产物组成、分 布和特性的改变上。由于高压直接液化技术能够将气相物质直接 压缩成为液态物质，这使得一些低沸点的烃类物质容易被捕集和 分离，从而增加了煤气化产物中液态组分的含量。此外，高压直 接液化技术还能够使气态产物中一些较难分离的物质得以被分离 出来，从而改变了产物分布的比例及其特性。 五、应用前景 随着能源需求的日益增长以及环保要求的提高，高压直接液化 技术被广泛应用于煤气化产物的处理和利用中。高压直接液化技 术可以将煤气化产物中的液态组分分离出来，从而提高了利用效率；同时也能将产物中较难分离的组分分离出来，从而为其后续 利用提供了更多的选择。此外，高压直接液化技术发展势头迅猛，其在领域扩展上还有很大的潜力。 六、结论 高压直接液化技术对煤气化产物的影响研究表明，该技术能够 改变煤气化产物的组成、分布和特性，为可以提高其利用率和降 低环境污染等方面提供了新的解决方案。随着高压直接液化技术 的不断发展和完善，其在煤气化产物处理和利用方面的应用前景 将更加广阔。
煤质特性与煤直接液化关系分析
煤质特性与煤直接液化关系分析 --雒路斌 （中国矿业大学应用技术学院进修化工10-2班） 摘要 简要讨论了原料煤特性对煤直接液化的影响，在煤的组成和物理性质等与煤液化关系之间建立良好的对应关系并总结了适合直接液化用煤种的一些特性。关键词洁净煤技术煤炭直接液化煤质特性 前言 传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术，目前意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术，发展的主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等。是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术国际竞争的一个重要领域。根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池（文献[5]）。 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,转化过程是在在含煤粉、溶剂和催化剂的煤浆系统中进行加氢、解聚,需要较高的压力和温度。影响煤直接液化的因素有很多,主要有原料煤的性质、溶剂、气氛、工艺参数与催化剂等,在这里主要讨论原料煤的性质对煤直接液化的影响。 全球能源消费持续增长，能源价格总体下降，能源生产与消费走向全球化，矿物能源资源丰富，人们对能源关注的重点是捷径和高效，这将是21世纪影响能源科技与产业发展的总趋势。中国发展清洁能源的出路在于改善消费结构，合理、高效、捷径地开发利用丰富的煤炭资源。煤炭的洁净化加工和转化技术是洁净能源新技术的重要领域；能源资源的合理开发将是西部大开发中重点领域之一，调整能源结构，发展洁净能源需要一系列配套的政策和系统的法规支撑(文献[2])。 对于煤的高效清洁利用(文献[4])： 1)国外提出合成气园概念 各工业发达国家制定了21世纪能源和能源科技新世纪战略规划或计划，旨在解决能源利用造成的环境问题。例如，美国洁净煤技术计划（CCT）已转入“展望21”计划，制定了21世纪美国煤炭能源工厂的发展规划。值得一提的是，Shell （壳牌）公司提出合成气园的概念，它亦以煤的气化或渣油气化为核心，所得的合成气用于整体煤气化联合循环（IGCC）发电、生产甲醇和化肥，并作为城市煤
浅析煤直接液化油品收率的影响因素
浅析煤直接液化油品收率的影响因素 基于我国富煤缺油少气的能源资源结构，发展煤直接液化是我国实现煤炭资源清洁利用、缓解石油资源短缺、满足国民经济稳定发展的最有效可行的技术途径之一，不仅具有保障国家能源安全的重大战略意义，而且具有缓解煤炭产能过剩、满足环保要求日益提高的现实意义。本文针对目前煤直接液化项目煤转化油品收率偏低、煤直接液化项目经济性相对较差的问题，提出从煤粉原料、催化剂活性组分、溶剂油供氢性、反应条件、减底油品拔出等方面研究，调整操作，摸索最佳工艺条件。通过摸索研究，固化最佳工艺条件，煤转化油品收率显著提高，提高煤直接液化项目经济性。 标签：煤直接液化;氢分压;油品收率;提高措施 前言 中国神华煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司采用具有自主知识产权的神华煤直接液化工艺，在内蒙古马家塔建立了全世界第一套商业化煤直接液化工业示范装置。煤炭直接液化是将适合的煤炭磨粉、干燥后，与液硫、催化剂和加氢稳定装置来的供氢溶剂制备成油煤浆，在临氢、高温、高压以及催化剂作用下生成液化油的的过程;而煤的油收率是评价煤直接液化项目经济性的一项最重要的指标。 针对目前神华煤直接液化项目存在着油收率偏低，经济性相对较差的问题，示范装置从煤液化原料（包括煤粉、催化剂、溶剂油）、反应条件、油品拔出等方面进行系列研究，通过调整催化剂活性组分含量、溶剂油供氢性、系统氢分压、反应温度、提高减底温度等操作，摸索最佳工艺条件，提高油收率措施，取得良好的实效。 1、神华煤直接液化工艺 神华煤直接液化工艺是采用具有国内自主知识产权的煤液化工艺技术，催化剂采用神华鄂尔多斯煤制油分公司自行开发研制具有自主知识产权的国家高新技术的“863”合成高效催化剂。自主开发的煤直接液化工艺与国外其他煤直接液化工艺比较，神华煤直接液化工艺的主要特点有：①采用含（FeOOH）的水煤浆经氧化反应生成含催化剂的水煤浆作为液化催化剂，催化剂具有反应活性高、投加量小、制备成本低、煤液化转化率高;②油煤浆制备工艺采用循环供氢溶剂和煤先预混捏和一级循环搅拌的工艺;③煤液化反应部分采用二级串联全返混悬浮床的反应器技术，反应器底部装有循环泵，可以提高反应器内液相的流速和气液固三相的传热传质速率，可以避免反应器内的固体颗粒物沉降和局部过热问题; ④反应产物的固液分离采用减压蒸馏，所有固体从减压塔底抽出，并且减压塔底物料中固体含量达到50wt%左右，分离精度高，馏出物不含沥青;⑤所有循环供氢溶剂和液化油产品均经过T-Star工艺过程进行加氢稳定，供氢溶剂具有良好的供氢性能，溶剂性质稳定。
煤直接液化机理与动力学研究方法
煤直接液化机理与动力学研究方法 摘要：煤直接液化技术在当前我国的石油供需形势下尤为重要，其中动力学的研究对于煤液化理论的拓展有重要的指导意义。本文简述了煤直接液化中催化剂的作用形式及作用机理，详细介绍了煤直接液化的影响因素与动力学模型及其研究方法。 关键词：催化剂；煤直接液化机理；动力学研究 1.概述 煤直接液化过程是一个复杂的物理和化学过程的结合，从煤的化学结构特点分析：在液化开始时，随温度升高煤中键能较弱的桥键、侧链、含氧官能团会瞬间断裂形成各种分子量的自由基碎片，这些自由基碎片被供氢溶剂提供的氢自由基饱和而稳定成为各种分子量的产物；在恒定温度后，煤及较大分子中间产物中键能较强的芳碳键、脂碳键等在氢自由基的攻击下逐步减弱并断裂，进而转化为分子量小的产物。因此，煤中存在瞬间转化的组分（简称热解加氢组分），其转化速度受升温速度控制，其数量与煤中较弱化学键的多少及键能分布密切相关；而煤中其它组分（简称攻击加氢组分）的反应速度，与煤的浓度、反应温度、催化剂种类、氢自由基浓度及分散浓度等因素有关，但由于化学键能分布不同，其转化反应速度随反应时间而变化。 2.催化剂的作用形式及作用机理 催化剂是煤炭直接液化的重要因素之一。总的来说，煤直接液化催化剂的作用包括两方面：①促进煤的热解；②促进活性氢的产生。第一种作用已经被许多研究者证实。但是大部分的研究者认为后者才是煤直接液化催化剂的主要作用。传统理论认为催化剂的主要作用是促进分子氢向溶剂的转移，进而由溶剂向煤的转移。但是也有研究者认为在高压氢气下催化剂促进了氢由气相直接向煤的转移。在催化机理方面，部分研究者认为铁基催化剂是以Fel-xS的形式在煤液化过程中起催化作用的，正是催化剂提供的活性氢促进了C-C键的断裂。反应里程如下： FeS2 =FeS+S S+H2=H﹒+HS﹒HS﹒+H2=H﹒+H2S 3.煤炭直接液化的影响因素 煤炭直接液化是复杂的物理、化学过程，其影响因素也非常多，主要包括以下几个方面。 3.1煤种 煤种是评价煤液化性能的重要指标。研究表明：煤中片H/C原子比越高，
影响煤直接液化装置反应温度的主要因素
影响煤直接液化装置反应温度的主 要因素 摘要：煤液化反应温度是煤液化反应器重要的控制参数之一，提高反应温度是提高反应速率的最有效方法。造成煤液化反应温度波动的因素较多，本文对主要影响因素进行了分析。 关键词：煤液化;反应温度;温升 引言 反应温度是影响煤液化加氢深度的主要参数。神华煤直接液化装置由两台串联式全返混沸腾床反应器组成，其中大部分加氢反应（约70%～80%）在第一反应器内进行，第二反应器加氢反应深度相对较小。 一、装置介绍 神华煤直接液化装置由油煤浆制备部分、反应部分、常减压分馏部分和公用工程系统组成。煤液化装置首先将原料煤、补充硫、催化剂和加氢稳定装置来供氢溶剂制备成油煤浆;反应部分是将油煤浆和氢气在高温、高压以及催化剂作用下进行反应生成液化油;常减压分馏部分是将该液化油和未反应的煤、灰分和催化剂等固体进行分离;分离后的液化油去加氢稳定装置，含50%固体的减压塔底油渣送出界区去油渣成型装置处理。 二、主要因素 影响神华煤直接液化装置反应温度的主要因素包括催化剂添加量、
煤浆浓度、煤浆温度、硫化氢含量、氢分压、进料负荷、气液比、燃料气热值。 1.催化剂添加量 煤直接液化装置催化剂采用神华自主研制的863合成催化剂，这是一种水溶性的铁基催化剂，载体为煤粉，由催化剂制备单元提供生产。催化剂的有效成分在氢气和硫化氢的高温状态下，会生成反应所需的活性催化剂。如果催化剂添加量不足，将会降低化学反应速率，减少反应热，无法维持反应温度。通过以下方法可维持正常生产。 第一种方法是外引罐区催化剂煤浆。假如罐区催化剂煤浆浓度为25%，外引催化剂煤浆因温度较低（约为120℃），会降低催化剂煤浆温度，增加煤浆炉负荷。因此，需外引一部分催化剂煤浆，约30t/h，并适当提高反应器入口温度，维持反应温度。 第二种方法是调整催化剂的添加比例。 催化剂煤粉的添加量是根据煤粉量与催化剂中的铁离子含量进行调整的，按设计要求催化剂煤粉中铁离子含量与下煤量对应的比例为1：100。催化剂中的铁离子含量占催化剂煤粉总重量的6%左右。如催化剂煤粉只供应25t/h进行计算（铁含量：25t/h×6%=1.5t/h，下煤量：1.5t/h×100=150t/h，按满负荷下煤250t/h，实际负荷：150t/h÷250t/h=60%），可对应60%负荷的煤粉下料。低负荷运行当中，煤浆浓度偏稀，总进料负荷可维持在60%以上。 2.煤浆浓度 煤浆浓度越稀越有利于煤热解自由基碎片的分散和稳定。但为了提
间接液化与直接液化对比分析
间接液化与直接液化对比分析 一、煤炭液化发展状况 1、间接液化技术发展状况 煤的间接液化技术是先将煤气化，然后合成燃料油和化工产品。目前南非萨索尔公司、荷兰壳牌公司、美国美孚公司、丹麦托普索公司都拥有成熟技术，但达到和正在商业化生产的只有南非萨索尔公司。该公司已先后建成了三个间接液化工厂，年产汽油、柴油、蜡、乙烯、丙烯、聚合物、氨、醇、醛、酮等113种化工产品，共计760万吨，其中油品占60%左右。 在我国，科技部863计划和科学院于2001年联合启动了“煤变油”重大科技项目，中科院山西煤化所承担了这一项目的研究。2002年9月，千吨级间接液化中试平台实现了第一次试运转，并合成出第一批粗油品。到2003年底，中试平台已运行4次，使用间接液化技术生产出了无色透明的高品质柴油，这是目前世界上纯度最高、最优质的清洁柴油。山东兖矿集团在煤炭间接液化技术方面也取得了较大进展。神华集团拟在陕西榆林建设煤间接液化项目，以榆神矿区储量丰富、质量优良和便于开采的煤炭资源为依托，建立坑口煤炭间接液化工厂。拟建规模为年产液化产品600万吨，分2期建设，每期工程年产300万吨。 2、直接液化技术发展状况 煤炭直接液化技术是煤炭在高温、高压和催化剂作用下的去除杂质并加氢的过程。德国从二战期间就开始这方面的研究，但随着石油的发现被搁置，直到近年又重新启动。目前德国GMT公司、美国的HTI公司和日本的NEDOL组织都拥有这方面技术,但世界上还没有达到工业化生产的装置。 在我国，神华集团投资600亿元的500万吨/年“煤变油”直接液化工程于2004年在内蒙古鄂尔多斯开工建设，预计2007年一期工程建成。而且，神华还在上海建成了每天6吨的直接液化装置，目的在于对“煤变油”工业化生产之前的工艺和设备进行探讨。 目前，云南、黑龙江、内蒙古、山东、山西、贵州等都在筹划自己的“煤变油”项目，只是由于风险太大而进展较慢。决策部门希望等神华的工业化示范项目效果出来后再定，以免造成不必要的浪费。 二、不同的工艺及生产过程 1、间接液化工艺及生产过程 间接液化工艺包括：煤的气化及煤气净化、变换和脱碳；F-T合成反应；油品加工等三个纯“串联”步骤。它的生产过程为：气化装置产出的粗煤气经除尘、冷却得到净煤气，净煤气经CO宽温耐硫变换和酸性气体（包括H2S和CO2等）脱除，得到成分合格的合成气。合成气进入合成反应器，在一定温度、压力及催
溶剂对煤液化影响的研究
溶剂对煤液化影响的研究 摘要：以煤炭为原料制备液体燃料将是解决这一矛盾的有效途径之一，而煤直接液化技术是可以把煤直接转化成合格的汽油、柴油、液化石油气等石油产品的洁净煤技术。溶剂可以起到输送煤、溶解煤粒、溶胀分散、稳定自由基、提供和传递转移活性氢、稀释液化产物等作用。 关键词：溶剂；煤液化；影响 前言 为了缓解石油供应紧张的局面，由煤合成液体燃料的煤液化技术令人关注。煤炭作为最主要的一次能源，其洁净、高效和非燃料利用越来越受到世界的广泛重视。煤液化技术是煤综合利用的一种有效途径，通过煤炭液化生产液体燃料油来满足我国日益增长的需求,是解决石油资源不足的有效手段之一。文中介绍了煤液化原理、煤液化技术的应用研究如发展煤制烯烃产业等，以及煤液化残渣的利用研究现状。研究煤的液化机理及开发相应的煤气化技术，对于实现煤的高效无污染或低污染的先进洁净煤技术发展具有重大的指导意义。 1煤的液化工艺原理 煤和石油具有类似的结构,其差别在于C/H比不同。将煤由固态转化为液态的过程是煤液化,煤液化涉及一系列复杂的化学反应。煤的分子结构显示煤中非共价键力在煤大分子构成中起主要作用,其次是共价键力。煤液化反应过程就是煤中非共价键和共价键的断裂及芳环加氢生成小分子的过程。煤的液化分直接液化和间接液化两种。 1.1煤的直接液化反应原理 煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。具体描述为在煤粉中加入气态氢，经过催化剂作用，提高H/C，从而生产出液态燃料。加氢的作用有两个，一是合成液态粗油，二是减少原料煤中的O、S、N，把它们变成气态的和液态的形式排除掉。 1.2煤的间接液化反应原理 煤间接液化是指是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化为汽油、柴油、煤油、燃料油、液化石油气和其它化学品等液体产品的工艺过程。主要由三大部分组成，即煤制合成气（包括造气和净化）、合成气费托合成以及合成油品加工精制。其中费托合成单元是其核心部。 2煤直接液化的基本原理 煤和液体燃料的元素组成都是C、H、O等，煤和液体燃料的最大区别是：煤有相对较低的氢碳原子比和相对较高的氧含量，同时含有氮和硫等杂原子。若从分子量的角度对比，石油的平均分子量约为200，汽油约为110，然而，煤的平均分子量则上千甚至上万。若从分子结构的角度对比，石油等液体燃料是以烷烃为主并含有少量芳烃的混合物，而煤则是以缩合芳香环并带有脂肪侧链为基本结构单元的复杂混合物。从以上煤和液体燃料的对比可知，煤转化为液体燃料需要提高氢碳比并脱除杂原子。提高氢碳比的途径则是通过加氢反应使部分芳香烃转化为烷烃。煤转化为液体燃料的液化反应理论分析并不复杂，但实际上是一个
【精品】液化条件
——液化条件对煤直接液化反应的影响 组长：赵琳（20号） 组员：韩阳（27号） 徐娜（21号） 金龙（17号）蒋宗志（26号） 黑龙江科技学院
液化条件对煤直接液化反应的影响 煤炭液化通常是将动力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。煤炭液化有两种完全不同的技术路线，一种是直接液化，另一种是间接液化。本文重点介绍影响煤炭直接液化的工艺条件。 煤炭直接液化是指通过加氢使低阶煤中复杂的有机化学结构直接转化为液体燃料，转化过程是在含煤粉和溶剂的浆液系统中进行加氢，需要较高的压力和温度。直接液化的优点是热效率高、液体产品收率高；主要缺点是煤浆加氢工艺过程各步骤的总体操作条件相对严格。 煤炭直接液化的工艺条件主要包括温度、压力、煤浆浓度、气/液比、停留时间等。 一、温度
煤化学结构的基本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，煤是由这些结构相似但不完全相同的结构单元通过桥键连接而成。由于煤结构的复杂性和煤液化产物的难分离性和分析性，煤科学家们认为煤的直接液化原理是基于煤炭在高温高压的热分解反应和加氢反应，煤在一定温度、压力下的加氢液化过程分为三步：1、当温度升至一定高度时，煤受热分解，即煤的大分子中较弱的桥键开始断裂，打破煤的分子结构，从而产生大量的以结构单元分子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压力的条件下，自由基被加氢得到稳定，成为沥青烯及液化油分子；3、沥青烯及液化油分子被继续加氢裂化生成更小的分子。由此可以看出在煤液化反应中，热分解是非常重要的一步，而温度是影响键裂解的重要因素。因此温度是煤液化反应中一个非常重要的因素。 不同温度下褐煤、长焰煤和气煤液化实验结果/％