1引言

随着煤炭资源的不断减少，合理利用现有煤炭资源问题变得更加突出，如何使煤炭资源得到最划得利用成为现在研究的主要问题。洁净煤技术的开发利用就显得更加重要，而在洁净煤技术里煤炭的直接液化则是其中的重要组成部分。

2国内外煤炭直接液化技术（洁净煤技术）的发展现状

(1)国内煤炭直接液化技术发展现状

我国的煤制油技术研究始于20世纪50年代，中国煤炭研究总院于1980年重启煤直接液化技术的研究。1997年以来，我国先后引进了德国、美国和日本的煤炭液化技术，对我国不同煤种进行了试验，进行了建设煤炭液化示范厂的可行性研究工作。目前，我国没有使用煤间接液化技术生产石油的现代工业化经验。本世纪初，中国煤炭研究总院和神华集团合作开发了具有世界先进水平的高分散铁质催化剂。目前，神华集团在上海建成了一套日加工原煤6吨的PDU试验装置，各项指标达到设计要求。神华煤在美国HTI的PDU装置试验表明，用HTI煤液化工艺对上湾煤液化可得到达到63%-68%的油收率。神华上湾煤液化厂建在马家塔，其规模为年液化用煤559万吨，气化用煤170万吨，动力用煤95万吨，合计年用煤824万吨。年产汽油、柴油、石脑油和LPG等共计300万吨，其中一期100万吨级生产线已于2005年开工。原计划2007年建成投料试车，2011年建成300万吨/年的生产线。

(2)国外煤炭直接液化技术发展现状

1927年德国建成世界上第一套年产10万吨的煤直接液化装置。20世纪50年代廉价石油的开采，使煤制油失去经济竞争力而被迫停产。20世纪70年代发生石油危机，给煤制油提供了新的发展机会，俄、美、德、日先后开发了不同的煤直接液化工艺技术。但是，由于资金等问题，至今没有一个国家实现煤直接液化技术生产石油的工业化生产。

3直接液化主要的技术原理

根据煤炭与石油化学结构和性质的区别，要把固体的煤转化成液体的油，煤炭液化必须采用以下四个步骤：

a. 将煤炭的大分子机构分解成小分子;

b. 提高煤炭的H/C原子比，使其达到是有的H/C原子比水平;

c. 脱除煤炭中的氧、氮、硫等杂原子，是恶化有的质量达到石油产品的标准;

d. 脱出煤炭中的无机矿物质。

在直接液化工艺中，煤炭大分子结构的分解时通过加热来实现的，没得结构单元之间的桥键在加热到300?C已上时就有一些弱键开始断裂，随着温度的进一步升高，键能较高的桥键也会断裂。桥键的断裂产生了以结构单元为基础的自由基，自由基本身不带电荷却在某一个碳原子上拥有未配对的电子。自由基非常不稳定，在高压氢气环境和有溶剂分子分隔的条件下，它被加氢而生成稳定的低密度物。加氢所需活性氢的来源有溶剂分子中键能较弱的碳-氢键、氢-氧键断裂分解产生的氢原子，或被催化剂活化后的氢分子。在没有高压氢气环境和没有溶剂分隔的条件下，自由基又会相互结合而生成较大的分子。在世纪煤炭液化的工艺中，煤炭分子结构单元之间的桥键断裂和自由基稳定的步骤是在高温、高压、氢气环境下的反应器内实现的。

煤炭加氢液化后剩余的无机矿物质和少量未反应的煤还是固体状态。可应用各种不同的固液分离方法把固体从液化油中分离出去。常用的有减压蒸馏、加压过滤、离心沉降、溶剂萃取等固液分离方法。

煤炭经加氢液化产生的油含有较多的芳香烃，并含有较多的氧氮硫等杂原子，必须在经过一次提质加工，才能得到合格的汽油、柴油等产品。液化油提质加工的工程还需要进一步加氢，通过脱出杂原子，进一步提高H/C原子比，把芳香烃转化成环烷乃至链烷烃。

4 直接液化技术的应用

世界上有代表性的煤直接液化工艺是德国的新液化(IGOR)工艺，美国的HTI工艺和日本的NEDOL工艺。这些新液化工艺的共同特点是煤炭液化的反应条件比老液化工艺大为缓和，生产成本有所降低，中间放大试验已经完成。目前还未出现工业化生产厂，主要原因是生产成本仍竞争不过廉价石油。今后的发展趋势是通过开发活性更高的[wiki]催化剂[/wiki]和对煤进行顶处理以降低煤的灰分和惰性组分，进一步降低生产成本。

(1)德国IGOR工艺

1981年，德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进，建成日处理煤200吨的半工业试验装置，操作压力由原来的70兆帕降至30兆帕，反应温度450～480摄氏度;固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法，将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油产率可达50%。

工艺特点：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，并在固定床催化剂上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的损失量降到最小。投资可节约20%左右，并提高了能量效率。

(2)美国HTI工艺

该工艺是在两段催化液化法和H-COAL工艺基础上发展起来的，采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂。

工艺特点：反应条件比较缓和，反应温度420～450摄氏度，反应压力17兆帕;采用特殊的液体循环沸腾床反应器，达到全返混反应器模式;催化剂是采用HTI专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂，用量少;在高温分离器后面串联有在线加氢固定床反应器，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回收重质油，从而大幅度提高了液化油回收率。

(3)日本NEDOL工艺

由煤前处理单元、液化反应单元、液化油蒸馏单元及溶剂加氢单元等4个主要单元组成。

工艺特点：反应压力较低，只有17兆帕～19兆帕，反应温度为430摄氏度～465摄氏度;催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿;固液分离采用减压蒸馏的方法;配煤浆用的循环溶剂单独加氢，以提高溶剂的供氢能力;液化油含有较多的杂原子，还须加氢提质才能获得合格产品。

(4)工艺对比

HIT工艺已经进行了大量试验，技术先进，工艺较成熟，与德国IGOR工艺和日本NEDOL工艺相比，有如下突出优点：

[1]反应器类型。HIT采用全返混反应模式的悬浮床反应器，克服了反应器内煤固体颗粒的沉降问题，反应器的直径比大，因而，单系列生产装置的规模比其他两个工艺增加了近一倍。同时全返混性也使反应器内的反应温度更易控制。

[2]催化剂。HIT采用的铁系催化剂由于催化活性高，Fe的加入量少，这不仅减少了煤浆管道及阀门的磨损，而且还减少了残渣的生成量。同时，催化剂制备简单，成本低。

[3]固液分离法。煤经液化反应后，还有少量的惰性组分不能转化，为了得到纯净的液化油，必须把他们分离出去。IGOL和NEDOL工艺采用的固液分离法是减压蒸馏，得到的固体残渣中含有50%以上的重油及沥青质。而HIT采用临界萃取的方法，能把残渣中的大部分重油及沥青质分离出来，重新用于配煤浆，再次进入液化反应器。这些重质组分的进一步转化使HIT液化油的产率比其他两种工艺高5%-10%.

[4]液化反应条件。HIT的煤液化反应条件比较缓和，反应压力和温度均较低。低的压力条件可降低高压设备及高压管道的造价，而低温也同样能降低造价，且有助于延长设备的使用寿命。

5结论与展望

随着石油资源的日益减少，相对储量更大的煤炭资源必将代替是有的位置成为未来世界的主要能源，因而煤制油必然成为未来的发展趋势，而煤炭的直接液化技术也必将得到长远的发展，在未来的经济社会的发展中起到更大的作用。

6参考文献

【1】 煤化工基础 李玉林 胡瑞生 白雅琴 化学工业出版社 2006年9月

【2】 煤化学 张双全 吴国光 中国矿业大学出版社 2004年6月

【3】 中国煤的洁净利用 张明林 韩梅 化学工业出版社 2007年10月

【4】 洁净煤技术 郝临山 曾凡桂 化学工业出版社 2009年1月