檢視煤炭液化的原始碼

[[File:煤炭液化1.jpg|缩略图|煤炭液化[https://ss1.bdstatic.com/70cFvXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=1880805454,3000345271&fm=26&gp=0.jpg 图片来源百度网][https://ss1.bdstatic.com/70cFvXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=1880805454,3000345271&fm=26&gp=0.jpg 图片来源百度网]]]
'''煤炭液化'''是当前煤化工的热点，有不少煤矿都跃跃欲试，殊不知煤的液化对[[煤质]]有一定的要求，不是什么煤都可以进行液化的。煤的液化分为[[直接液化]]和[[间接液化]]。这两种液化方法对煤炭质量的要求各不相同。

煤炭液化是把固态状态的煤炭通过[[化学加工]]，使其转化为液体产品（液态烃类燃料，如[[汽油]]、[[柴油]]等产品或化工原料）的技术。煤炭通过液化可将硫等有害元素以及[[灰分脱除]]，得到洁净的[[二次能源]]，对优化终端能源结构、解决石油短缺、减少环境污染具有重要的战略意义。

煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。

（1）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煤炭直接液化。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。

（2）煤间接液化间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。

'''中文名''':[[煤炭液化]]

'''外文名''':[[Coal liquefaction]]

'''分    类''':[[煤的直接液化和煤的间接液化]]

'''发现者''':[[德国人]]

'''发现时间''':[[1913年]]

'''方    法''':[[直接液化和煤的间接液化]]


==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，使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。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。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。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。
[[File:煤炭液化2.jpg|缩略图|煤炭液化[https://ss3.bdstatic.com/70cFv8Sh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=1459667529,2003618970&fm=26&gp=0.jpg 原图链接][https://ss3.bdstatic.com/70cFv8Sh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=1459667529,2003618970&fm=26&gp=0.jpg 图片来源百度网]]]
==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。

第二部分，包括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，或相互缔合，或与第一部分大分子中的极性基团相缔合，成为三维网络结构的一部分。

第三部分，包括相对[[分子质量]]数百至一千左右，相对于非烃部分，具有较强极性的中小型分子，它们可以分子的形式处于大分子网络结构的空隙之中，也可以物理力与第一和第二部分相互缔合而存在。

第四部分，主要为相对分子质量小于数百的非极性分子，包括各种饱和烃和芳烃，它们多呈游离态而被包络、吸附或固溶于由以上三部分构成的网络之中。

煤复合结构中上述四个部分的相对含量视煤的类型、煤化程度、显微组成的不同而异。

上述复杂的煤化学结构，是具有不规则构造的空间聚合体，可以认为它的基本结构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]]，结构单元之间通过桥键相连，作为煤的结构单元的缩合芳环的环数有多有少，有的芳环上还有[[氧]]、[[氮]]、[[硫]]等[[杂原子]]，结构单元之间的桥键也有不同形态，有碳碳键、碳氧键、碳硫键、氧氧键等。

从煤的元素组成看，煤和石油的差异主要是氢碳原子比不同。煤的氢碳原子比为0.2～1，而石油的[[氢碳原子]]比为1.6～2，煤中氢元素比石油少得多。

煤在一定温度、压力下的加[[氢液化]]过程基本分为三大步骤。

（1）、当温度升至300℃以上时，煤受热分解，即煤的大分子结构中较弱的桥键开始断裂，打碎了煤的分子结构，从而产生大量的以结构单元为基体的[[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]]和较高氢气压力的条件下、自由基被加氢得到稳定，成为[[沥青烯]]及[[液化油分子]]。能与自由基结合的氢并非是分子氢（H2），而应是氢自由基，即[[氢原子]]，或者是活化氢分子，氢原子或活化氢分子的来源有：①煤分子中碳氢键断裂产生的氢自由基；②供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基；③氢气中的氢分子被催化剂活化；④化学反应放出的氢。当外界提供的活性氢不足时，自由基碎片可发生缩聚反应和高温下的脱氢反应，最后生成固体半焦或焦炭。

（3）、沥青烯及液化油分子被继续加氢裂化生成更小的分子。

==分类==

煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。

（1）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。

（2）煤间接液化是以[[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成[[烃类燃料]]、[[醇类燃料]]和[[化学品]]的过程。

煤炭直接液化是把煤直接转化成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。典型的煤直接液化技术是在400℃、150个大气压左右将合适的[[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石油产品的等级。一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和[[航空燃料]]。但是适合于大吨位生产的直接液化工艺尚没有商业化，主要的原因是由于煤种要求特殊，反应条件较苛刻，[[大型化设备]]生产难度较大，使产品成本偏高。

煤直接液化技术研究始于上世纪初的德国，1927年在Leuna建成世界上第一个10万吨/年直接液化厂。1936～1943年间，德国先后建成11套直接液化装置，1944年总生产能力达到400万吨/年，为德国在第二次世界大战中提供了近三分之二的航空燃料和50%的汽车及装甲车用油。第二次世界大战结束，美国、日本、法国、意大利及前苏联等国相继开展了煤直接液化技术研究。50年代后期，中东地区廉价石油的大量开发，使煤直接液化技术的发展处于停滞状态。1973年，爆发[[石油危机]]，煤炭液化技术重新活跃起来。德国、美国及日本在原有技术基础上开发出一些煤直接液化新工艺，其中研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低液化油生产成本的目的。不少国家已经完成了中间放大试验，为建立商业化示范厂奠定了基础。
[[File:煤炭液化3.jpg|缩略图|煤炭液化[https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=1084944404,3341995795&fm=26&gp=0.jpg 原图链接][https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=1084944404,3341995795&fm=26&gp=0.jpg 图片来源百度网]]]
==煤液化的反应历程==

根据国内外大量的研究工作，可概括成如下几点：①煤不是组成均一的反应物，煤中有易液化的成分，也有难液化的成分；②煤液化包括一系列的[[顺序反应]]和[[平行反应]]，但以顺序反应为主，也即反应产物的相对分子质量由高到低，结构从复杂到简单，出现的时间先后大致有一次序；③前沥青烯和沥青烯是中间产物，它们的组成是不确定的，在不同反应阶段，生成的沥青烯和前沥青烯肯定不同，由它们转化成油的速率较慢，需活性较高的催化剂；④也有可能发生结焦的逆反应。 <ref>[张满效，杜韦辰主编,化工生产及安全概论,中国石化出版社,2014.03,第180页]</ref>  

==催化剂与工艺条件==

煤炭直接液化的催化剂有两类，一类是[[铁系统催化剂]]，如含[[氧化铁]]的矿物，铁盐及煤中硫铁矿等，使用时要求系统中有硫，否则活性不高，铁系催化剂用于煤的[[糊相加氢]]，反应后不回收。另一类是石油工业中常用的工业加[[氢催化剂]]，其活性成分是NiO、MoO3、CoO、WO3等，以Al203为载体。使用前要预硫化，也要求气相中有足够的H2S存在。这类催化剂活性明显高于铁催化剂，但价格较贵，需反复使用，不适合用于糊相加氢。

典型煤直接液化反应T艺条件为：压力：15～30MPa，温度：450～460℃，实际停留时间：2 h，煤浆浓度：40%～50%，催化剂添加量：0．5%～4%，气/液比：700～1000，循环氢浓度：>75%，不同煤种有不同的最佳液化反应工艺条件。 

==煤质要求==

直接液化的要求

（1）煤中的灰分要低,一般小于5%,因此原煤要进行洗选,生产出精煤进行液化。煤的灰分高，影响油的产率和系统的正常操作。煤的灰分组成也对液化过程有影响,灰中的Fe、Co、Mo等元素有利于液化，对液化起催化作用；而灰中的[[Si]]、[[Al]]、[[Ca]]、[[Mg]]等元素则不利于液化，它们易产生结垢，影响传热和不利于正常操作，也易使管道系统堵塞、磨损，降低设备的使用寿命。

（2）煤的可磨性要好。因为煤的直接液化要先把煤磨成200目左右的煤粉，并把它干燥到水分小于2%,配制成油煤浆，再经高温、高压，加氢反应。如果可磨性不好、能耗高、设备磨损严重、配件、材料消耗大，增加生产成本。同时，要求煤的水分要低。水分高，不利于磨矿，不利于制油煤浆，加大了投资和生产成本。

（3）煤中的氢含量越高越好，氧的含量越低越好，它可以减少加氢的供气量，也可以减少生成的废水，提高经济效益。

（4）煤中的硫分和氮等杂原子含量越低越好，以降低油品加工提质的费用。

（5）煤岩的组成也是液化的一项主要指标。丝质组成越高，煤的液化性能越好；镜质组合量高，则液化活性差。因此能用于直接液化的煤，一般是[[褐煤]]、[[长焰煤]]等年轻煤种，而且这些牌号的煤也不是都能直接液化的。神华的不粘煤、长焰煤和云南先锋的褐煤都是较好的直接液化煤种。煤的间接液化是将煤气化，生成H2 、CO的原料气，再在一定压力和温度下加催化剂，合成液体油，因此对煤质的要求相对要低些。

间接液化对煤的要求

（1）煤的灰分要低于15%。当然越低也有利于气化，也有利于液化。

（2）煤的可磨性要好，水分要低。不论采用那种气化工艺，制粉是一个重要环节。

（3）对于用水煤浆制气的工艺,要求煤的成浆性能要好。水煤浆的固体浓度应在60%以上。

（4）煤的灰融点要求。固定床气化要求煤的灰融点温度越高越好，一般ST不小于1250℃；流化床气化要求煤的灰融点温度ST小于1300℃。

虽然间接液化对煤的适应性广些，不同的煤要选择不同的气化方法，但是对原煤进行洗选加工、降低灰分和硫分是必要的。

==国内发展==

分布

中国煤炭资源丰富，除上海以外其它各省区均有分布，但分布极不均衡。在中国北方的大兴安岭-太行山、贺兰山之间的地区，地理范围包括煤炭资源量大于1000亿吨以上的[[内蒙古]]、[[山西]]、[[陕西]]、宁夏、甘肃、河南6省区的全部或大部，是中国煤炭资源集中分布的地区，其资源量占全国煤炭资源量的50%左右，占中国北方地区煤炭资源量的55%以上。在中国南方，煤炭资源量主要集中于贵州、云南、四川三省，这三省煤炭资源量之和为3525.74亿吨，占中国南方煤炭资源量的91.47%；探明保有资源量也占中国南方探明保有资源量的90%以上。

十一五

“十一五”期间是煤炭工业结构调整、产业转型的最佳时期。煤炭是中国的[[基础能源]]，在一次能源构成中占70%左右。“十一五”规划建议中进一步确立了“[[煤为基础]]、多元发展”的基本方略，为中国煤炭工业的兴旺发展奠定了基础。“十一五”期间需要新建煤矿规模3亿吨左右，其中投产2亿吨，转结“十二五”1亿吨。中国煤炭工业将继续保持旺盛的发展趋势，今后一个较长时期内，中国煤炭工业的发展前景都将非常广阔。

==视频==

==第1集 中国煤炭液化工程进展与展望==
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==参考文献==
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[[Category:340 化學總論]]