煤炭直接液化用催化剂的研究进展

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1、煤炭直接液化用催化剂的研究进展姜东昌（中国矿业大学化工学院，江苏徐州221008）摘要：文章首先简要介绍了煤炭直接液化技术的发展背景，以及煤炭直接液化用催化剂的作用及研究意义，并指出了煤炭直接液化技术的基本原理，然后对目前主流的煤炭直接液化用铁基催化剂做了简要的介绍和分析，同时还对非铁系的贵金属催化剂做了一定解析，进而指出了煤炭直接液化用催化剂的发展前景，在文章的最后对我国煤炭液化用催化剂的发展前景作了展望。关键词：煤炭肓接液化催化剂原理前景展望作者单位:姜东昌（1990—）,男，江苏省徐州市屮国矿业

2、大学（南湖校区）化工学院化学工程与工艺专业在读本科生，主修煤化工专业。0引言我国是世界上典型的“贫油富煤”国家，能源结构问题十分突出，石油短缺直接影响了我国国民经济的发展⑴。我国石油消费的高速增长也加剧了国内石油的产供矛盾。但是，煤炭在我国的一次能源生产和消费中的比例一直占70%以上，如何充分利用好我国丰富的煤炭资源，大力开发煤液化制油技术，不仅能有效提高一次能源利用效率，降低煤炭直接利用带来的污染严垂的问题，并口作⑵为新型煤化工技术Z—，在缓解我国一次能源结构屮原油供应不足的问题屮起着极其重要的战略

3、和现实意义。煤炭直接液化技术是煤炭液化的主要手段之一，是在高温和高压下，借助于供氢溶剂和催化剂，使氢元素进入煤及其衍生物的分子结构，从而将煤转化为液体燃料或化工原料的先进洁净煤技术。早在19世纪即已开始在德国、口本等发达国家展开研究，并逐步建造一些工厂实现工业化。但是随着70年代石油工业的迅速发展，煤直接液化产业的发展受到了相当的抑制。近儿年来，随着石油价格的不断上涨，寻求石油替代能源的呼声使得人们又将视野转向了煤炭转化技术的研发。通过煤直接液化，不仅可以生产汽油、柴油、液化石油气和喷气燃料油,还可以

4、提取BTX（苯、甲苯、二甲苯）及生产乙烯、丙烯等重要烯坯的原料。催化剂是煤直接液化过程的核心技术之一，在煤液化过程中起着非常重耍的作用。优良的催化剂可以降低煤液化温度，减少副反应并降低能耗，提高氢转移效率，增加液体产物的收率。在已经应用到煤液化工艺的各种催化剂中，铁基催化剂以其高效、廉价及低污染而倍受青睐。为了进一步改善铁基催化剂的性能以及开发新型、高效的催化剂，有必要对其组成、粒度、结构特征及作用机理等进行研究。1煤炭直接液化的基本原理煤中有机质的大分子结构分为两个部分：含有芳环和脂环的结构单元部分

5、及连接结构单元的桥键部分。煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。通常煤直接液化加氢的操作条件苛刻，对煤种和催化剂的依赖性很强，因此对于煤宜接液化的研究触及到了如催化剂、煤种等很多方面。煤直接液化技术主要包括：(1)煤浆配制、输送和预热过程的煤浆制备单元;(2)煤在高温、高压条件下进行加氢反应，生成液体产物的反应单元；(3)将反应生成的残渣、液化油和气态产物分离的分离单元；(4)稳定加氢提质单元。其基木原理是在一定的反应温度下，煤分子中的一些键能较小的化学键发生热断裂，变

6、成较小分子的自由基。在加氢反应中所使用的循环油通常采用氢碳原子比较高的饱和坯，在加压时又有相当量的气相氢溶于循环油中，两者均提供使自由基稳定的氢源。由于C—H键比H—H键活泼而易于断裂，因此，循环油是主耍的供氢载体。煤炭直接液化的作用机理相当复杂，儿个最关键的反应方程如下：R-CH2-CH2-R^RR-CH2a-Rr-ch2-ch2-r2R&・CH^tR"・CHlC

7、H2・R"催化剂的功能是促进溶于液相中的氢与脱氢循环油间的反应，使脱氢循环油加氢并再牛。在直接液化过程中，煤的大分子结构首先受热分解，而使煤分解成以结构单元缩合芳性为单个分子的独立的自由基碎片。在高压氢气和催化剂存在下，这些自由基碎片又被加氢，形成稳定的低分子物。自由基碎片加氢稳定后的液态物质可分成油类、沥青烯和前沥青烯等三种不同成分，对其继续加氢，前沥青烯即转化成沥青烯，沥青烯乂转化为油类物质。油类物质再继续加氢，脱除其中的氧、氮和硫等杂原子，即转化为成品油。成品油经蒸倔，按沸点范围不同可分为汽油、

8、航空煤油和柴油等。催化剂的作用是吸附气体中的氢分子，并将其活化成活性氢以便被煤的自由基碎片接受。加氢裂解图1煤炭催化液化过程示意图2煤炭直接液化用催化剂目前，催化剂的研究主要集中在过渡金属，如铁系、钥系和镰系催化剂等「451,这些催化剂的价格和性能又有相当的差距，同时这些又决定了这些催化剂的应用情况。2.1铁-硫催化剂铁系催化剂因其来源广泛、价格低廉和环境好等诸多优点，受到了广人研究者以及各煤炭企业的普遍关注。冃前，己经广泛的应用到煤炭直接液化上的铁系催