煤炭的加氢液化

煤炭的加氢液化机理是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称为煤炭液化，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氧生成小分子的过程。

目前国内外煤炭液化的工艺包括间接液化和直接液化。

1．煤炭的间接液化

间接液化工艺可分为合成气法和甲醇法．其中以合成气法为主。该方法是先将煤气化转化为合成气(CO+H₂)，完全破坏煤的化学结构，然后以合成气为原料，在一定压力、温度、催化剂的条件下，合成液态产品和其他化工产品。合成油中无硫、无氮化物．也不含芳烃，其汽油、煤油、柴油馏分是极其高级的清洁油品或调和组分。典型的煤间接液化工艺是F—T合成法。目前，南非Sasol公司以煤为原料制取液体燃料已实现商业化运行。图1一1是煤间接液化工艺流程图。

2．煤炭的直接液化

煤炭的直接液化是在高压氢气和催化剂存在的情况下将煤加热至400℃~450℃，使煤粉在溶剂中发生热解、加氢和加氢裂解反应，继而通过气相催化加氢裂解等处理过程，使煤中有机大分子转化为可作液体燃料的小分子，再通过精馏制取汽油、柴油、燃料油等成品油。典型的煤直接液化技术是在400℃、150个大气压左右下将合适的煤催化加氢液化．产出的油品芳烃含量高，硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。直接液化的特点是液化油收率高，馏分油以汽油、柴油为主，目标产品的选择性相对较高，但反应条件相对较苛刻。如德国老工艺液化压力甚至高达70MPa，现代工艺如IGOR、HTI、NEDOL等液化压力也达到17~30MPa。然而液化产物组成复杂、分离相对困难、氢耗量大，一般在6％～10％，这样会造成装置的生产能力降低，对煤种的依赖性高。直接液化工艺可分为热裂解法、溶剂法、催化加氢法，以溶剂法和催化加氢法或两种方法结合为主。图1一2是煤炭直接液化工艺流程简图。

当前，世界各国相继投入了大量的人力和物力进行研究和开发，并形成许多相对成熟的工艺，如德国的IGOR工艺，日本的NEDOL工艺，美国的SRC溶剂精炼煤法、氢煤法 H- Coal 供氢溶剂法EDS、两段催化法CTSL、HTI工艺和煤一油共炼法UOP，俄罗斯的FFI低压加氢液化工艺等。

尽管国内外在煤液化方面已做了大量工作，但仍有许多问题尚待解决。如煤液化制油的成本居高不下，而目前技术的生产成本还不足以与石油竞争。所以，提高煤液化合成油技术水平和技术成熟程度是实现产业化的关键。同时，煤液化还伴随着如水和空气污染、地表破坏、固体废物处理及热效率低等问题。通常，直接液化工艺的热效率为65％~70％，而间接液化工艺的热效率只有37％~55％。因此，各国科研人员正积极探索反应条件温和、操作工艺简易和产品附加值高的煤液化工艺,以及提高煤液化合成油技术水平和技术成熟程度的新途径和方法。

煤炭液化技术在我国的发展还很不成熟，仍有很多技术上的问题有待解决。但是经过广大科研人员的努力．已取得了可喜的进展。2002年,内蒙古伊泰集团与中国科学院山西煤炭化学研究所共同开发了“煤基合成油浆态床反应器技术”，在“国家863”计划、中国科学院及多家企业的支持下，浆态床反应器技术在千吨级装置上试车成功，获得了油品大样；其煤基合成油核心技术于2004年通过中国科学院技术鉴定，2005年通过科技部“国家863”计划项目验收。另有神华集团内蒙古煤制油直接液化项目、潞安集团山西煤制油间接液化项目在建。