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1、第一节 煤直接液化及其技术沿革概述概述简单说：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。杂原子的转化过程。具体来说：具体来说：煤炭直接液化是指煤炭直接液化是指通过加氢通过加氢使使煤中复杂的有机高分子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结构直接转化为较低分子的液体燃料。转化过程是在。转化过程是在含煤含煤粉、溶剂、催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚。粉、溶剂、催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚。需要需要较较高的压
2、力和温度。高的压力和温度。直接液化的直接液化的优点优点：热效率较高、液体产品收率高；：热效率较高、液体产品收率高；主要主要缺点缺点：煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。：煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。第1页/共30页 煤间接液化是首先将煤气化制取合成气（煤间接液化是首先将煤气化制取合成气（CO+H2），合），合成气经过净化、调整成气经过净化、调整H2/CO比，在催化合成为液体燃料。比，在催化合成为液体燃料。优点优点：煤种适应性较宽、操作条件相对温和、煤灰等三废：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。问题主要在气化过程中解决。缺点缺点：总效率比不上
3、直接液化。：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，获得的液体产品是分等，获得的液体产品是优质洁净的燃料和化学品优质洁净的燃料和化学品。因此，。因此，煤炭液化将是中国煤炭液化将是中国洁净煤技术洁净煤技术和和煤代油战略煤代油战略的重要、有效和的重要、有效和可行的途径之一。可行的途径之一。第2页/共30页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；煤以缩合芳香环为主，石油以饱和烃为主；煤的煤的H/C原子比低，原子比低，0.3-0.8，石油，石油H/C原子比高，原子比高，1.8；煤是由缩合芳香环为结构单
4、元通过桥键联在一起的大分子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。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.第3页/共30页第4页/共30页国外煤炭直接液化工艺发展概况国外煤炭直接液化工艺发展概况1913年，柏吉乌斯（年，柏吉乌斯（Bergius）创立了煤的直接液化技）创立了煤的直接液化技术，并获得了专利。术，并获得了专利。1927年，德国年，德国IG公司开始建设第一座工业规模的直接公司开始建设第一座工业规模的直接液化生产装置，液化生产装置，1931年投入运转。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，二
5、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。度停滞。二十世纪七十年代后，相继开发出一批新工艺。代表二十世纪七十年代后，相继开发出一批新工艺。代表性工艺：美国性工艺：美国HTI、日本、日本NEDOL、德国、德国IGOR。第5页/共30页我国煤炭直接液化技术开发概况我国煤炭直接液化技术开发概况第6页/共30页第7页/共30页第8页/共30页煤炭直接液化的功能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
6、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。第9页/共30页煤炭直接液化的原理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。第10页/共30页煤的热解；对自由基“碎片”的供氢；脱氧、硫、氮杂原子反应；缩合反应煤液化过程中的化学反应煤液化过程中的化学反应第11页/共30页煤的热解由于以上过程是在溶剂中进行的，所以又叫做由于以上过程是在溶剂中进行的，所以又叫做热溶解热溶解。第12页/共30页第13页/共30页第14页/共30页上述过程即为上述过程即为对自由基对自由基“碎片
7、碎片”的供氢的供氢第15页/共30页脱氧、氮、硫杂原子的反应脱氧、氮、硫杂原子的反应参看课本参看课本133-134页的脱氧反应、脱硫反应和脱氮反应。页的脱氧反应、脱硫反应和脱氮反应。第16页/共30页缩合反应 当温度过高或供氢不足，自由基当温度过高或供氢不足，自由基“碎片碎片”发生缩合，生发生缩合，生成半焦或焦炭。将使液化产率降低，是成半焦或焦炭。将使液化产率降低，是液化中不希望发生的液化中不希望发生的反应反应。第17页/共30页煤加氢液化时可能发生的几种反应第18页/共30页煤炭加氢液化的实验室研究方法试验过程与设备第19页/共30页产物分析 煤液化产物可分为气相产物和液煤液化产物可分为气相
8、产物和液-固相产物。固相产物。气相产物（包括两部分：一是含杂原子的气体，如气相产物（包括两部分：一是含杂原子的气体，如H2O、H2S、NH3、CO2和和CO等；二是气态烃，主要是等；二是气态烃，主要是C1-C3,有时包括有时包括C4，生产气，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、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，计量后，可用气相色谱或气可用气相色谱或气-质联用进行气体分析。质联用进行气体分析。液液-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
9、氢呋喃烷（环己烷）、甲苯（苯）和四氢呋喃THF（或吡啶）。溶于正己烷（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。取法。下面介绍溶剂萃取分离流程和下面介绍溶剂萃取分离流程和一些概念一些概念：第20页/共30页第21页/共30页第22页/共30页第23页/共3
10、0页煤加氢液化的反应历程煤直接液化的基本历程步骤步骤条件条件功能功能1 1加氢液化加氢液化高温、高压、氢高温、高压、氢气环境气环境桥键断裂、自由基加桥键断裂、自由基加氢、固体转化为液体氢、固体转化为液体2 2固液分离固液分离 减压蒸馏、过滤、减压蒸馏、过滤、萃取、沉降萃取、沉降脱除无机矿物和未反脱除无机矿物和未反应煤应煤3 3提质加工提质加工催化加氢催化加氢提高提高H/CH/C原子比、脱原子比、脱除杂原子除杂原子第24页/共30页 煤加氢液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压煤加氢液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压H2存在下，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，随温度升高
11、。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，于行氢分配，于350400度左右生成沥青质含量很高的高分子度左右生成沥青质含量很高的高分子物质。物质。在煤有机质裂解的同时，伴随着分解、加氢、解聚、聚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，从而生成而生成H2O、CO、CO2、NH3和和H2S等气体。等气体。第25页/共30页第26页/共30页 煤加氢液化反应历程如何用化学方程式表示，至今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。尚未完全统一。目前，公认的几种看法如下目前，公认的几种看法如下：第27页/共30页第28页/共30页第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页