煤间接液化制油的方法创刊25周年专刊论文推荐

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煤间接液化制油的方法创刊25周年专刊论文推荐(1)

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本文总结了一个世纪以来煤直接加氢液化技术的发展历程和技术进展，阐述了国内外在煤加氢液化反应机理、反应动力学、催化剂及液化工艺方面的发展状况，并对未来煤直接液化技术的研究重点和发展趋势进行展望，旨在为煤直接液化制油技术的关键技术开发和工业化推广提供理论基础与技术指导。

作者

胡发亭1,2,3，王学云1,2,3，毛学锋1,2,3，李军芳1,2,3，赵鹏1,2,3

作者单位

1. 煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院

2. 煤炭资源开采与洁净利用国家重点实验室

3. 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室

摘要

煤直接液化制油技术是促进煤炭清洁高效利用、缓解石油供需矛盾、保障我国能源安全的重要途径。为全面了解煤液化反应机理、动力学、催化剂及工艺的全过程，促进煤直接液化技术基础研究的快速进步和新工艺的开发，笔者综述了国内外在煤加氢液化反应机理、反应动力学、催化剂以及液化工艺方面取得的研究成果，重点介绍了德国IGOR、日本NEDOL和我国的神华煤液化工艺，分析了这些典型煤液化工艺的开发历程和特点；指明了煤直接液化制油技术发展趋势。煤的加氢液化反应是自由基反应机理，是一系列顺序反应和平行反应的综合结果，包含煤的热解、自由基加氢、脱杂原子和缩合反应等，总体上以顺序反应为主。借助同位素示踪、原位实时检测、等离子体技术以及微波快速加热技术等现代分析方法和试验手段，重点研究自由基的产生速率、活性氢产生速率及定量传递机理，有助于深入认识和精准阐明煤加氢液化反应机理。各国学者利用不同的研究方法，针对不同煤种、催化剂、工艺条件和供氢溶剂等,建立了各种各样的动力学模型。动力学模型从单组分到双组分和多组分，从连续反应、平行反应到复杂的网络反应，从最初的一步反应到后来较为合理的多段反应，模型越来越复杂，越来越接近工业应用。根据反应阶段不同进行分段处理的多组分“集总”反应动力学模型将是今后煤加氢液化反应动力学发展的主要方向。借助先进分析手段及科学的处理方法，建立真正揭示不同条件下煤液化动力学规律的通用型动力学模型是未来的发展趋势。借助纳米合成、等离子体等高新技术，调控组分配伍、降低催化剂粒径、优化制备方法是制备高活性催化剂的有效手段。强化系统合理配置和优化集成，重视煤的温和液化和分级转化，优化产品结构，发展直接液化-间接液化耦合技术是煤直接液化未来的发展趋势。

文中插图

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图1 Ikeda的三段液化反应动力学模型

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图2 德国IGOR工艺流程示意

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图3 日本NEDOL工艺流程示意

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图4 中国神华煤直接液化工艺流程示意

结语及展望

开展煤直接液化技术研究和发展煤直接液化产业适于我国化石能源的赋存状况及能源消费结构。一百多年来，国内外在煤直接加氢液化反应机理、反应动力学、催化剂及催化机理、工艺技术等方面取得了显著成果和重要进展，我国还首次实现了百万吨级的煤直接液化技术工业示范。但由于煤直接加氢液化反应条件苛刻、反应机理复杂、工艺单元繁多以及现有技术手段有限等，煤直接液化技术还存在煤液化化学反应工程认识不足、工艺复杂、催化剂活性低、投资高等诸多问题，需要不断加强基础理论、关键技术、工程放大等方面的研究，提高煤直接液化技术的核心竞争力。

1）煤的加氢液化反应是自由基反应机理，化学反应行为很复杂，包含煤的热解、自由基加氢、脱杂原子和缩合反应等，是一系列顺序反应和平行反应的综合结果，总体上以顺序反应为主。借助同位素示踪、原位实时检测、等离子体技术以及微波快速加热技术等现代分析方法和试验手段，重点研究自由基的产生速率、活性氢产生速率及定量传递机理，有助于深入认识和精准阐明煤加氢液化反应机理。

2）煤直接加氢液化反应动力学的研究经历了从单组分到双组分和多组分、从连续反应和平行反应到复杂的网络反应、从最初的一步反应到后来较为合理的多段反应的发展历程。根据反应阶段不同进行分段处理的多组分“集总”反应动力学模型将是今后煤加氢液化反应动力学发展的主要方向。从分子水平研究液化反应机理，借助先进分析手段及科学的处理方法，建立真正揭示不同条件下煤液化动力学规律的通用型动力学模型是未来的发展趋势。

3）催化剂在煤直接液化过中具有重要作用，煤液化催化剂能提高煤转化率、油收率以及液化产物的组成和质量，降低液化反应条件和装置操作难度，从而提高液化工艺先进性和经济效益。目前，煤直接液化催化剂的研究取得了一定进展，开发出多种高活性的催化剂，对催化剂作用机理和提高催化剂活性的方法都有了一定的认识，但液化催化剂的研究仍存在许多不足之处。发展高温高压条件的原位检测手段，揭示催化剂在加氢液化中的形态变迁规律及作用机理是未来的基础研究方向。借助纳米合成等高新技术，通过调控组分配伍、优化制备方法、控制结构特性等手段研发高活性、价格低廉、节能环保、易于回收利用的催化剂是开发新型煤直接液化催化剂的重要途径。

4）煤直接液化工艺经历了百余年的发展历程，中国、德国、美国、日本等许多国家都独自开发出了拥有自主知识产权的加氢液化工艺技术，在催化剂、溶剂加氢、固液分离、反应器、油品精制等方面都取得了显著的进展，操作条件进一步缓和，油收率大幅提高，热利用效率明显改善，产品成本明显降低。煤直接液化技术的研究方向和发展趋势是寻求更为廉价和活性更高的催化剂促进煤的温和液化和分级转化，通过系统合理配置和优化集成实现总体效率的最优化，延伸产品链和优化利用副产品进而提高产品附加值，促进煤直接液化和间接液化技术的融合发展。

引文格式

胡发亭，王学云，毛学锋,等.煤直接液化制油技术研究现状及展望[J].洁净煤技术，2020，26(1):99-109.

HU Fating,WANG Xueyun,MAO Xuefeng,et al.Research progress and prospect of direct liquefaction technology from coal to oil[J].Clean Coal Technology，2020，26(1):99-109.

END

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