隨著(zhù)煤炭資源的不斷減少，合理利用現有煤炭資源問(wèn)題變得更加突出，如何使煤炭資源得到最劃得利用成為現在研究的主要問(wèn)題。潔凈煤技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用就顯得更加重要，而在潔凈煤技術(shù)里煤炭的直接液化則是其中的重要組成部分。

國內外直接液化技術(shù)的發(fā)展現狀

（1）國內煤炭直接液化技術(shù)發(fā)展現狀

　　我國的煤制油技術(shù)研究始于20世紀50年代，中國煤炭研究總院于1980年重啟煤直接液化技術(shù)的研究。1997年以來(lái)，我國先后引進(jìn)了德國、美國和日本的煤炭液化技術(shù)，對我國不同煤種進(jìn)行了試驗，進(jìn)行了建設煤炭液化示范廠(chǎng)的可行性研究工作。目前，我國沒(méi)有使用煤間接液化技術(shù)生產(chǎn)石油的現代工業(yè)化經(jīng)驗。本世紀初，中國煤炭研究總院和神華集團合作開(kāi)發(fā)了具有世界先進(jìn)水平的高分散鐵質(zhì)催化劑。目前，神華集團在上海建成了一套日加工原煤6噸的PDU試驗裝置，各項指標達到設計要求。神華煤在美國HTI的PDU裝置試驗表明，用HTI煤液化工藝對上灣煤液化可得到達到63%-68%的油收率。神華上灣煤液化廠(chǎng)建在馬家塔，其規模為年液化用煤559萬(wàn)噸，氣化用煤170萬(wàn)噸，動(dòng)力用煤95萬(wàn)噸，合計年用煤824萬(wàn)噸。年產(chǎn)汽油、柴油、石腦油和LPG等共計300萬(wàn)噸，其中一期100萬(wàn)噸級生產(chǎn)線(xiàn)已于2005年開(kāi)工。原計劃2007年建成投料試車(chē)，2011年建成300萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)線(xiàn)。

（2）國外煤炭直接液化技術(shù)發(fā)展現狀

　　1927年德國建成世界上第一套年產(chǎn)10萬(wàn)噸的煤直接液化裝置。20世紀50年代廉價(jià)石油的開(kāi)采，使煤制油失去經(jīng)濟競爭力而被迫停產(chǎn)。20世紀70年代發(fā)生石油危機，給煤制油提供了新的發(fā)展機會(huì )，俄、美、德、日先后開(kāi)發(fā)了不同的煤直接液化工藝技術(shù)。但是，由于資金等問(wèn)題，至今沒(méi)有一個(gè)國家實(shí)現煤直接液化技術(shù)生產(chǎn)石油的工業(yè)化生產(chǎn)。 

3直接液化主要的技術(shù)原理

　　根據煤炭與石油化學(xué)結構和性質(zhì)的區別，要把固體的煤轉化成液體的油，煤炭液化必須采用以下四個(gè)步驟：

a. 將煤炭的大分子機構分解成小分子;

b. 提高煤炭的H/C原子比，使其達到是有的H/C原子比水平；

c. 脫除煤炭中的氧、氮、硫等雜原子，是惡化有的質(zhì)量達到石油產(chǎn)品的標準；

d. 脫出煤炭中的無(wú)機礦物質(zhì)。

　　在直接液化工藝中，煤炭大分子結構的分解時(shí)通過(guò)加熱來(lái)實(shí)現的，沒(méi)得結構單元之間的橋鍵在加熱到300?C已上時(shí)就有一些弱鍵開(kāi)始斷裂，隨著(zhù)溫度的進(jìn)一步升高，鍵能較高的橋鍵也會(huì )斷裂。橋鍵的斷裂產(chǎn)生了以結構單元為基礎的自由基，自由基本身不帶電荷卻在某一個(gè)碳原子上擁有未配對的電子。自由基非常不穩定，在高壓氫氣環(huán)境和有溶劑分子分隔的條件下，它被加氫而生成穩定的低密度物。加氫所需活性氫的來(lái)源有溶劑分子中鍵能較弱的碳-氫鍵、氫-氧鍵斷裂分解產(chǎn)生的氫原子，或被催化劑活化后的氫分子。在沒(méi)有高壓氫氣環(huán)境和沒(méi)有溶劑分隔的條件下，自由基又會(huì )相互結合而生成較大的分子。在世紀煤炭液化的工藝中，煤炭分子結構單元之間的橋鍵斷裂和自由基穩定的步驟是在高溫、高壓、氫氣環(huán)境下的反應器內實(shí)現的。

　　煤炭加氫液化后剩余的無(wú)機礦物質(zhì)和少量未反應的煤還是固體狀態(tài)�？蓱�用各種不同的固液分離方法把固體從液化油中分離出去。常用的有減壓蒸餾、加壓過(guò)濾、離心沉降、溶劑萃取等固液分離方法。

　　煤炭經(jīng)加氫液化產(chǎn)生的油含有較多的芳香烴，并含有較多的氧氮硫等雜原子，必須在經(jīng)過(guò)一次提質(zhì)加工，才能得到合格的汽油、柴油等產(chǎn)品。液化油提質(zhì)加工的工程還需要進(jìn)一步加氫，通過(guò)脫出雜原子，進(jìn)一步提高H/C原子比，把芳香烴轉化成環(huán)烷乃至鏈烷烴。

4 直接液化技術(shù)的應用

　　世界上有代表性的煤直接液化工藝是德國的新液化（IGOR）工藝，美國的HTI工藝和日本的NEDOL工藝。這些新液化工藝的共同特點(diǎn)是煤炭液化的反應條件比老液化工藝大為緩和，生產(chǎn)成本有所降低，中間放大試驗已經(jīng)完成。目前還未出現工業(yè)化生產(chǎn)廠(chǎng)，主要原因是生產(chǎn)成本仍競爭不過(guò)廉價(jià)石油。今后的發(fā)展趨勢是通過(guò)開(kāi)發(fā)活性更高的[wiki]催化劑[/wiki]和對煤進(jìn)行頂處理以降低煤的灰分和惰性組分，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

(1)德國IGOR工藝

　　1981年，德國魯爾煤礦公司和費巴石油公司對最早開(kāi)發(fā)的煤加氫裂解為液體燃料的柏吉斯法進(jìn)行了改進(jìn)，建成日處理煤200噸的半工業(yè)試驗裝置，操作壓力由原來(lái)的70兆帕降至30兆帕，反應溫度450～480攝氏度；固液分離改過(guò)濾、離心為真空閃蒸方法，將難以加氫的瀝青烯留在殘渣中氣化制氫，輕油和中油產(chǎn)率可達50％。

　　工藝特點(diǎn)：把循環(huán)溶劑加氫和液化油提質(zhì)加工與煤的直接液化串聯(lián)在一套高壓系統中，避免了分立流程物料降溫降壓又升溫升壓帶來(lái)的能量損失，并在固定床催化劑上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的損失量降到最小。投資可節約20％左右，并提高了能量效率。

(2)美國HTI工藝

　　該工藝是在兩段催化液化法和H－COAL工藝基礎上發(fā)展起來(lái)的，采用近十年來(lái)開(kāi)發(fā)的懸浮床反應器和HTI擁有專(zhuān)利的鐵基催化劑。

　　工藝特點(diǎn)：反應條件比較緩和，反應溫度420～450攝氏度，反應壓力17兆帕；采用特殊的液體循環(huán)沸騰床反應器，達到全返混反應器模式；催化劑是采用HTI專(zhuān)利技術(shù)制備的鐵系膠狀高活性催化劑，用量少；在高溫分離器后面串聯(lián)有在線(xiàn)加氫固定床反應器，對液化油進(jìn)行加氫精制；固液分離采用臨界溶劑萃取的方法，從液化殘渣中最大限度回收重質(zhì)油，從而大幅度提高了液化油回收率。

(3)日本NEDOL工藝

　　由煤前處理單元、液化反應單元、液化油蒸餾單元及溶劑加氫單元等4個(gè)主要單元組成。

工藝特點(diǎn)：反應壓力較低，只有17兆帕～19兆帕，反應溫度為430攝氏度～465攝氏度；催化劑采用合成硫化鐵或天然硫鐵礦；固液分離采用減壓蒸餾的方法；配煤漿用的循環(huán)溶劑單獨加氫，以提高溶劑的供氫能力；液化油含有較多的雜原子，還須加氫提質(zhì)才能獲得合格產(chǎn)品。

（4）工藝對比

HIT工藝已經(jīng)進(jìn)行了大量試驗，技術(shù)先進(jìn)，工藝較成熟，與德國IGOR工藝和日本NEDOL工藝相比，有如下突出優(yōu)點(diǎn)：

   [1]反應器類(lèi)型。HIT采用全返混反應模式的懸浮床反應器，克服了反應器內煤固體顆粒的沉降問(wèn)題，反應器的直徑比大，因而，單系列生產(chǎn)裝置的規模比其他兩個(gè)工藝增加了近一倍。同時(shí)全返混性也使反應器內的反應溫度更易控制。

   [2]催化劑。HIT采用的鐵系催化劑由于催化活性高，Fe的加入量少，這不僅減少了煤漿管道及閥門(mén)的磨損，而且還減少了殘渣的生成量。同時(shí)，催化劑制備簡(jiǎn)單，成本低。

[3]固液分離法。煤經(jīng)液化反應后，還有少量的惰性組分不能轉化，為了得到純凈的液化油，必須把他們分離出去。IGOL和NEDOL工藝采用的固液分離法是減壓蒸餾，得到的固體殘渣中含有50%以上的重油及瀝青質(zhì)。而HIT采用臨界萃取的方法，能把殘渣中的大部分重油及瀝青質(zhì)分離出來(lái)，重新用于配煤漿，再次進(jìn)入液化反應器。這些重質(zhì)組分的進(jìn)一步轉化使HIT液化油的產(chǎn)率比其他兩種工藝高5%-10%.

[4]液化反應條件。HIT的煤液化反應條件比較緩和，反應壓力和溫度均較低。低的壓力條件可降低高壓設備及高壓管道的造價(jià)，而低溫也同樣能降低造價(jià)，且有助于延長(cháng)設備的使用壽命。

隨著(zhù)石油資源的日益減少，相對儲量更大的煤炭資源必將代替是有的位置成為未來(lái)世界的主要能源，因而煤制油必然成為未來(lái)的發(fā)展趨勢，而煤炭的直接液化技術(shù)也必將得到長(cháng)遠的發(fā)展，在未來(lái)的經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展中起到更大的作用。