从1913年德国的柏吉乌斯（Bergius）获得世界上第一个煤直接液化专利以来，煤炭直接液化工艺一直在不断进步、发展。尤其是20世纪70年代初石油危机后，煤炭直接液化工艺的开发更引起了各国的极大关注，各国研究开发了许多种煤炭直接液化工艺。煤炭直接液化工艺的目标是根据煤炭直接液化机理，通过一系列设备的组合，创造液化反应的操作条件，使煤液化反应能连续稳定地进行。虽然开发了多种不同种类的煤炭直接液化工艺，但它们就基本化学反应而言非常接近，共同特征都是在高温、高压下使高浓度煤浆中的煤发生热解，在催化剂作用下进行加氢和进一步分解，最终成为稳定的液体分子。
煤直接液化工艺过程首先将煤先磨成粉，再和自身产生的液化重油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450～465℃）和高压（20～30MPa）下直接加氢，将煤转化成液体产品。整个过程可分为如图7-2所示的3个主要工艺单元。
（1）煤浆制备单元。将煤破碎至0.2mm以下与溶剂、催化剂一起制成煤浆。
（2）反应单元。在反应器内高温、高压下进行加氢反应，生成液体物。
（3）分离单元。分离出液化反应生成的气体、水、液化油和固体残渣。
煤直接液化工艺根据原料煤是分一步还是分两步转化为可蒸馏的液体产品，简单地分为单段液化工艺和两段液化工艺两种。
（1）单段液化工艺。通过一个主反应器或几个串联的反应器生产液体产品。这种工艺也可以包含一个在线加氢反应器，并没有提高煤的总转化率。
（2）两段液化工艺。通过两个不同功能的反应器或两套反应装置生产液体产品。第一段的主要功能是煤的热解，在此段中不加催化剂或加入低活性可弃性催化剂。第一段的反应产物于第二段反应器中在高活性催化剂存在下加氢再生产出液体产品。
两段液化工艺不仅可以显著降低煤炭液化反应过程中可逆反应产物的数量，而且对液化用煤的适应性、液化产品的选择性及液化油质量的提高等方面具有明显的优点，已得到许多国家研究者的重视。
图7-2 煤直接液化工艺流程简图
（据舒歌平，2003）
德国是最早研究和开发煤炭直接液化工艺的国家，其最初的工艺称为IG工艺，随后不断改进，开发出更为先进的IGOR工艺。其后，美国也在煤炭直接液化工艺的开发上做了大量的工作，开发了溶剂精制煤炭（SRC-Ⅰ、SRC-Ⅱ）工艺、供氢溶剂（EDS）工艺、氢煤（H-Coal）工艺、催化两段液化及煤油共炼工艺等。此外，日本的NEDOL工艺也有相当出色的液化性能。我国神华煤直接液化工艺也是在已有工艺的基础上开发的具有自身特色的液化工艺。
（一）德国IG、IGOR液化工艺
IG法煤直接液化是最早投入商业生产的工艺。1927年德国建成了第一座IG工艺煤直接液化工厂。其工艺可分为两段加氢：第一段加氢是在高压氢气下，煤加氢生成液体油，又称煤液相加氢；第二段加氢是以第一段的产物为原料，进行催化气相加氢制得成品油，又称中油气相加氢，所以IG法也称为两段加氢法（姚强，2005）。IG工艺系统比较复杂，而且操作条件，尤其是反应压力很高。20世纪80年代，德国在IG法的基础上开发了更为先进的煤加氢液化和加氢精制一体化联合工艺IGOR，其最大的特点是原料煤经该工艺液化后，可直接得到加氢裂解及催化重整工艺处理的合格原料油，从而改变了两段加氢的传统IG模式，简化了工艺流程，节省了大量的工艺设备及能量消耗。
IGOR工艺主要包括煤浆制备、液化反应、两段催化加氢、液化产物分离常压蒸馏和减压蒸馏等流程（图7-3）。该工艺具有以下特点（姚强，2005）：①煤炭液化反应和液化油的提质加工在同一高压反应系统内进行，既缩短和简化了液化的工艺过程，也可得到质量优良的精制燃料油；②煤炭液化反应器的空速比其他液化工艺高，在同容积反应器条件下可提高生产能力；③制备煤浆用的循环溶剂为本工艺生产的加氢循环油，因而溶剂具有较高的供氢能力，有利于提高煤炭液化率及液化油产率。
（二）美国SRC、H-Coal及EDS液化工艺
1.溶剂精制煤SRC工艺
SRC煤液化工艺属于单段液化工艺，反应过程不加催化剂，反应条件比较温和，依生产目的不同分为SRC-Ⅰ和SRC-Ⅱ工艺（舒歌平，2003）。SRC-Ⅰ工艺（图7-4）是以生产低灰低硫的溶剂精煤固体燃料为主；SRC-Ⅱ工艺是在Ⅰ代工艺的基础上改进而成的，以生产全馏分低硫液体燃料油为主。
图7-3 德国IGOR液化工艺流程图
（据刘鹏飞，2004）
SRC-Ⅱ工艺（图7-5）在3个方面与SRC-Ⅰ工艺不同：第一，溶解反应器操作条件要苛刻，典型条件是460℃、14MPa、60min停留时间，轻质产品的产率高；第二，在蒸馏或固液分离前，部分反应产物循环至煤浆制备单元，这样，循环溶剂含有未反应的固体和不可蒸馏的SRC；第三，固体通过减压蒸馏与液化油分离，从减压塔排出的减压蒸馏残渣作为制氢原料，塔顶馏出物为产品液化油。
SRC-Ⅱ工艺的流程：煤破碎干燥后与循环物料混合制成煤浆，用高压煤浆泵加压至14MPa左右的反应压力，与循环氢和补充氢混合后一起预热到370～400℃，进入反应器。在反应器内由于反应放热，使反应产物温度升高，通过注入冷氢的方法将反应温度控制在440～460℃。反应产物经过高温分离器分成气相和液相两部分。气相进行系列换热冷却，再在低温分离器内分离出冷凝液（即液化油），液化油进入蒸馏单元。气体再经净化、压缩循环使用，与补充氢混合进入反应系统。出高温分离器的含固体的液相产物，一部分返回作为循环溶剂用于煤浆制备，剩余部分进入蒸馏单元回收液化油。馏出物的一部分也可返回作为循环溶剂用于煤浆制备。蒸馏单元减压塔底残渣含有未转化的固体煤和灰，可进入制氢单元作为制氢原料使用。(www.xing528.com)
SRC-Ⅱ工艺的特点：将高温分离器底部的部分含灰重质油作为循环溶剂使用，以煤中矿物质为催化剂。存在的问题是：由于含灰重质油的循环，反应器中矿物质会发生积聚，使反应器中固体的浓度增加；以煤中矿物质作为催化剂，使得该工艺在煤种的选择上受到限制，工艺操作上也存在一定的困难。
2.氢煤法H-Coal工艺
H-Coal工艺（图7-6）为美国HRI公司于1963年开发的单段沸腾床煤炭加氢液化工艺，主要由煤浆制备、煤液化反应、液化产物分离和液化油的精馏工艺组成。该工艺的主要特点可归纳为：①操作灵活性大，对原煤的适应性和对液化产物品种的可调性好；②流化床内的传热传质效果好，煤转化率高；③将煤的催化液化反应、循环溶剂加氢反应和液化产物精制过程综合在一个反应器内进行，有效地缩短了工艺流程。
图7-4 SRC-Ⅰ工艺流程图
（据刘鹏飞，2004）
图7-5 SRC-Ⅱ直接液化工艺流程图
（据舒歌平，2003）
图7-6 H-Coal液化工艺流程图
（据舒歌平，2003）
图7-7 EDS液化工艺流程图
（据舒歌平，2003）
3.埃克森供氢溶剂EDS工艺
EDS工艺（图7-7）是美国埃克森研究与工程公司于1966年开发使用供氢溶剂的煤液化工艺，该工艺的开发受到了美国能源部、美国电力研究所与日本煤炭液化发展公司的共同资助。
EDS工艺主要由煤浆制备、液化反应、液化产物分离、溶剂催化加氢和残渣制氢工艺过程所组成，其工艺特点有：①加氢液化和循环溶剂加氢工艺条件可分别在两个反应器内控制，避免了催化剂与煤中矿物质或塔底重油馏分的直接接触，延长了催化剂的使用寿命；②循环溶剂催化加氢工艺是EDS工艺的主要特点，可提高煤炭的液化油产率；③通过灵活焦化装置处理残渣，可提高液化馏分油的产率。
（三）日本NEDOL液化工艺
20世纪80年代初，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）开发了NEDOL烟煤液化新工艺，该工艺为一段煤液化反应过程，吸收了美国EDS工艺与德国的工艺技术，工艺流程主要包括煤浆制备、液化反应、液化产物分离和循环溶剂加氢工艺。
该工艺的特点是将制备煤浆用的循环溶剂进行预加氢处理，以提高溶剂的供氢能力，同时可使煤炭液化反应在较缓和的条件下进行，所产液化油的质量高于美国EDS工艺，操作压力低于德国的液化工艺，但NEDOL液化工艺流程较为复杂（图7-8）。
图7-8 NEDOL液化工艺流程图
（据舒歌平，2003）
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
