（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯017209）
摘要：以煤炭为原料制备液体燃料将是解决这一矛盾的有效途径之一，而煤直接液化技术是可以把煤直接转化成合格的汽油、柴油、液化石油气等石油产品的洁净煤技术。溶剂可以起到输送煤、溶解煤粒、溶胀分散、稳定自由基、提供和传递转移活性氢、稀释液化产物等作用。
关键词：溶剂；煤液化；影响
前言
为了缓解石油供应紧张的局面，由煤合成液体燃料的煤液化技术令人关注。煤炭作为最主要的一次能源，其洁净、高效和非燃料利用越来越受到世界的广泛重视。煤液化技术是煤综合利用的一种有效途径，通过煤炭液化生产液体燃料油来满足我国日益增长的需求,是解决石油资源不足的有效手段之一。文中介绍了煤液化原理、煤液化技术的应用研究如发展煤制烯烃产业等，以及煤液化残渣的利用研究现状。研究煤的液化机理及开发相应的煤气化技术，对于实现煤的高效无污染或低污染的先进洁净煤技术发展具有重大的指导意义。
1煤的液化工艺原理
煤和石油具有类似的结构,其差别在于C/H比不同。将煤由固态转化为液态的过程是煤液化,煤液化涉及一系列复杂的化学反应。煤的分子结构显示煤中非共价键力在煤大分子构成中起主要作用,其次是共价键力。煤液化反应过程就是煤中非共价键和共价键的断裂及芳环加氢生成小分子的过程。煤的液化分直接液化和间接液化两种。
1.1煤的直接液化反应原理
煤直接液化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。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。具体描述为在煤粉中加入气态氢，经过催化剂作用，提高H/C，从而生产出液态燃料。加氢的作用有两个，一是合成液态粗油，二是减少原料煤中的O、S、N，把它们变成气态的和液态的形式排除掉。
1.2煤的间接液化反应原理
煤间接液化是指是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化为汽油、柴油、煤油、燃料油、液化石油气和其它化学品等液体产品的工艺过程。主要由三大部分组成，即煤制合成气（包括造气和净化）、合成气费托合成以及合成油品加工精制。其中费托合成单元是其核心部。
2煤直接液化的基本原理
煤和液体燃料的元素组成都是C、H、O等，煤和液体燃料的最大区别是：煤有相对较低的氢碳原子比和相对较高的氧含量，同时含有氮和硫等杂原子。若从分子量的角度对比，石油的平均分子量约为200，汽油约为110，然而，煤的平均分子量则上千甚至上万。若从分子结构的角度对比，石油等液体燃料是以烷烃为主并含有少量芳烃的混合物，而煤则是以缩合芳香环并带有脂肪侧链为基本结构单元的复杂混合物。从以上煤和液体燃料的对比可知，煤转化为液体燃料需要提高氢碳比并脱除杂原子。提高氢碳比的途径则是通过加氢反应使部分芳香烃转化为烷烃。煤转化为液体燃料的液化反应理论分析并不复杂，但实际上是一个高度复杂的过程，涉及到煤、溶剂、催化剂和氢气四者在热裂解、加氢裂解(氢解)和加氢反应中的相互作用。在这一过程中，煤大分子结构的破坏是反应的第一步，这需要打断煤大分子中的化学键。化学键的断裂需要提供足够的能量，这一能量则是化学键的解离能。通过量子化学理论计算方法研究了包括芳香烃化合物、芳香醇／酚化合物、芳香醚类化合物、芳香羧酸类化合物、芳香酮类化合物以及芳香酯类化合物等含有煤结构中典型官能团的类煤模型化合物的解离能，得到了煤中常见化学键解离能的范围。
3煤直接液化中的溶剂作用
在煤直接液化中，溶剂起着非常关键的作用。溶剂的物理作用是便于传输，有利于传热，分散煤，溶解煤、氢气和液化产物。溶剂的化学作用是可作为重要的氢源，即供氢作用；同时可作为传递氢的载体，即氢穿梭的作用；甚至具有溶剂间接的氢解作用。多环芳香化合物添加到供氢溶剂中后对煤液化有促进作用。
3.1溶剂的物理作用
在煤炭直接液化的工业化生产过程中，煤首先要与循环溶剂配成油煤浆，再经高压泵加压，预热器预热到一定温度后，进入到反应器。在这一过程中，如果煤浆的粘度发生明显升高，会造成系统阻力增加，传质和传热工况恶化。不良的传热又会导致局部高温，从而导致结焦，影响全系统的正常运行。因此，运输煤浆过程中允许的粘度范围很重要，它决定了煤浆的浓度范围，过稀容易沉降，过高容易结焦。一般来说煤浆粘度范围在50～500mPa．s。溶剂分散煤的作用在配制油煤浆起着很重要的作用。考察了杂酚油、烷烃油、四氢萘和十氢萘作为溶剂时的液化性能。结果表明，杂酚油和四氢萘可很好地分散煤；十氢萘可部分地分散煤；烷烃油基本不能分散煤。可见与煤分子结构类似的芳烃可以较好的分散煤。煤与循环溶剂形成的煤浆在423～473K这一温度区间粘度的增加是由溶剂溶胀作用导致。研究了Shin-Yubari煤．蒽油浆的粘度．温度性能，发现了在225℃的低温粘度峰，他们认为这是由溶剂溶胀作用引起的煤粒粒径及体积增大，继而导致煤浆粘度增大。
煤的溶解作用体现在以下三个方面：①溶解煤中本身的组分；②溶解煤液化过程中生成的产物；③溶解氢气。当溶剂与溶质的溶解度参数相接近时，容易发生溶解在Exxon公司EDS工艺的研究中，将减压塔塔底的馏出物用作溶剂，发现改善了EDS工艺的可操作性。溶剂溶解的氢气可以提高煤、催化剂和氢气的接触，从而有利于液化反应的进行。溶剂溶解氢气符合拉乌尔定律，氢气压力愈高，溶解的氢气愈多。
3.2溶剂的化学作用
在煤直接液化中，溶剂的化学作用主要体现在以下三个方面：①溶剂本身作为煤液化反应的供氢体，即供氢作用；②溶剂作为氢载体，传递煤中富氢组分和氢气中的氢，即氢穿梭的作用；③溶剂可促进C州I-Calkyl键的断裂，即溶剂间接的氢解作用。在煤直接液化中，供氢溶剂是指部分氢化的多环芳香化合物，如四氢萘、9，10—二氢菲、4，5—二氢芘等，而非供氢溶剂是指多环芳香化合物和烷烃，如十氢萘、萘、菲、蒽、芘等。研究了蒽油和菲的加氢产物作为液化溶剂时的液化特性。结果表明蒽油和菲的加氢产物是很好的液化溶剂。研究了1，2，3，4，5，6，7，8．八氢蒽、l，4，5，8，9，10．六氢蒽、1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12．十二氢苯并菲和四氢荧蒽作为液化溶剂时的供氢性能，发现四氢荧蒽活性最高，但脱氢速率快；八氢蒽和十二苯并菲次之，但十二苯并菲不够稳定；六氢蒽供氢活性最低，同时在升温阶段就可以脱氢。这些部分氢化的芳香化合物很容易被煤自由基夺取氢原子，生成芳香化合物。溶剂的供氢活性与其饱和度和芳香环数有关。如十氢萘的供氢活性要远低于四氢萘；4，5—二氢芘是现阶段最好的供氢溶剂。
3.3溶剂之间的相互作用
在煤直接液化的工业化生产中，使用的液化溶剂为循环溶剂油。循环溶剂油的组分极其复杂，既有供氢的氢化芳香化合物，也有非供氢的多环芳香化合物，同时含有大量的杂原子化合物。它们有的有利于液化，有的作用恰好相反，同时不同组分之间存在相互作用。此外，在高温高压的液化反应条件下，液化产物与溶剂会发生副反应，如异构化、断裂和聚合。所以人们通过大量的实验，研究不同溶剂时煤的液化反应特性，以期找到对液化最有利的组分，以便选择性地将其提取作为循环溶剂。
结束语
溶剂对煤具有溶胀作用，也具有提高煤液化性能的作用。但在煤液化反应中，添加的溶剂本身也会对煤起到溶胀作用。关于溶胀过程和溶胀机理溶胀作用对油煤浆的粘度也有影响。
参考文献
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