煤炭液化技术

摘 要：能源是一个国家工业及经济发展的基础,是国家可以发展的重要保障.我国的煤炭资源较为丰富,但是长期以来煤炭的低利用率,使得大量的煤炭资源被浪费.鉴于我国在未来发展的一段时间内,仍然要以煤炭资源为基础的前提下,研究提高煤炭利用率、煤炭液化技术就显得尤为重要.

关 键 词：煤炭液化；直接液化能源安全关系到一个国家的长期稳定发展,我国的煤炭资源相对于其他形式的资源而言较为丰富.但是长期以来,我国的煤炭资源一直处于低利用率水平,造成了大量的资源浪费以及环境污染等问题.随着资源的日益减少,如何提高资源利用率成为需要研究的关键问题.本文根据当前我国煤炭资源利用存在的问题,对煤炭液化技术进行了分析,并且针对煤炭直接液化过程中煤加碱预处理进行了系统的研究,希望能够为煤炭资源的充分利用提供一些可借鉴的研究成果.

煤炭液化技术可以分为直接、间接两种.所谓煤炭直接液化技术是指将粉状煤炭与循环溶剂制备成的混合油煤浆在定温、定压以及催化剂条件下,进行加氢化学反应,最终生成所需要的液态和气态烃类化合物.同时要对所生成的物体进行脱硫、脱氮处理等有害物质处理；煤炭的间接液化技术先进行的是气化处理,将煤气化后并在催化剂的作用下,通过F-T费托过程,得到相应的烃类化合物.相对于煤炭间接液化而言,直接液化在同样原料的基础上,所能够生产出的油品率更高一些.直接液化将煤中所包含的芳烃加氢、C-C键断裂和C-O、C-N、C-S键氢解等在一定条件下,直接生产出高H/C比的汽、柴、煤油等液态能源.这样就能够在较小污染的前提下,将煤炭资源转化为其他形式的能源进行储存或者运输.

煤液化过程可以通过图1来表示：煤中所存在的能量较小的C-C、C-N、C-O和C-S等化学键,在反应的过程中发生断裂,形成了数量众多的自由基碎片.然而大量存在的自由基碎片又可以通过化学反应,与溶剂和氢气中的活性氢相结合,形成较为稳定的化合物.该化合物中的H/C原子比将有0.8%上升至2.0%.在一系列的化学反应后,之前煤中的固态大分子成为了液态小分子化合物.煤液化后就可以形成液化油、沥青烯、前沥青烯、液化残渣、少量的水和气体.煤液化可以大致分为热溶解裂解、氢转移和加氢三大步骤.图1煤炭直接液化过程

1、热溶解裂变：粉状煤炭与循环溶剂制备成的混合油煤浆在约250℃高温的环境下,煤中键能较小的化学键将会出现断裂,一旦温度超过250℃,煤的大分子将发生热裂解反应,那些不稳定的化学键也会断裂.煤中出现大量的自由基碎片.

2、氢转移：煤中一些弱碱断裂所形成的自由基碎片,在断裂处会出现未配对的自由电子,这些带有未配对电子的自由基碎片我们称之为自由基.煤基质或者溶剂中的活性氢原子将与自由基结合,达到稳定状态.稳定状态下的生成物中,分子量最大的就是前沥青烯,其次是沥青烯,分子量最小的就是液化油.大分子量前沥青烯在经过加氢反应后,可以生成较小分子量的沥青烯、油以及烃类气体.同样,沥青烯在经过加氢反应后也可以生成油或者烃类物质.

3、加氢：煤液化反应过程中,氢气分子在压力以及催化剂的作用下活化,之后这些H分子可以直接与热裂解所形成的自由基或者稳定分子进行反应.该过程主要有芳烃加氢饱和,加氢脱氧、氮、硫等杂原子以及加氢裂化等.根据加氢条件的约束程度不同,可以控制加氢催化剂活性已近加氢反应深度.

接下来对煤加碱预处理过程进行研究实验：预处理的主要作用就是提高煤的活性,本实验采用0.4%-1.6%的NaOH碱溶液对煤进行预处理,以研究碱处理后的煤经过液化其油出率的变化.表1给出了实验结果.

煤炭的液化过程需要考虑很多方面的因素,温度、压力、催化剂等等,很多环境条件都会对煤炭的液化结果产生影响.本文介绍了煤炭液化的过程,并对碱溶液在煤预处理中所起到的作用,以及对最终液化油出率影响进行了分析.在今后的工作中,笔者将对煤炭液化其他过程以及相应影响因素进行更为深入的研究,以期能够进一步提高煤炭利用率.（作者单位：宁夏工业职业学院）