伯吉尤斯加氫法

“煤的液化”在科學上稱為煤基液體燃料合成技術, 是將煤炭在高溫下加氫、加壓、加催化劑，產生粗油再經煉化取得汽、柴油，同時伴隨乙烯、丙烯、石蠟、醇等多種高附加價值附產品。煤的液化方法主要分為煤的直接液化和煤的間接液化兩大類。

所謂直接液化是將煤在較高溫度和壓力下， 與氫氣、催化劑發生作用，通過加氫裂化轉變為液體燃料的過程稱為直接液化。裂化是一種使烴類分子分裂為幾個較小分子的反應過程。因煤直接液化過程主要採用加氫手段，故又稱煤的加氫液化法。該方法首次於1913年德國燃料化學家柏吉尤斯提出，因此還稱作柏吉尤斯加氫法。

基本介紹

• 中文名：柏吉尤斯加氫法
• 外文名：Bergerius Process
• 發明者：柏吉尤斯
• 發明時間：1913
• 學科：燃料化學
• 別名：煤直接液化法、煤加氫還原法

煤直接液化法

柏吉尤斯加氫法是煤利用的第一個商業化液化過程，在1911年就在德國開發，1913年成功發明，在第一次世界大戰期間已經在商業規模下進行。該過程涉及將煤混合在從以前的液化回收的油中，然後使用氧化鐵催化劑，將混合物與氫氣在高壓範圍從200到700個大氣壓下反應。 該反應的反應器溫度在425-480℃（800-900°F）的範圍內。 輕質和重質液體餾分與灰分離，分別生成用於下次液化運行的汽油和油。 一般來說，柏吉尤斯加氫法利用一噸煤產生約150至170升（40至44加侖）的汽油，190升柴油和130升燃料油。

反應機理

煤漿在高溫、高壓和氫氣環境下，通過催化劑的作用，發生煤加氫液化反應生成液態烴類產物，再經產品分餾得到液化輕油餾分和液化重油餾分。大量研究證明，煤在一定溫度、壓力下的加氫液化過程基本分為3 大步驟。

第一步，當溫度升至300℃以上時，煤受熱分解， 即煤的大分子結構中較弱的橋鍵開始斷裂，打碎了煤的分子結構，從而產生大量的以結構單元分子為基體的自由基碎片， 自由基的分子量在數百範圍（註：自由基的定義，由共價鍵均裂產生，自身不帶電荷，但帶有未配對電子的分子碎片）。

第二步，在具有供氫能力的溶劑環境和較高氫氣壓力的條件下， 自由基被加氫得到穩定，成為瀝青烯及液化油的分子。能與自由基結合的氫並非是分子氫（H2），而是氫自由基，即氫原子，或者是活化氫分子，氫原子或活化氫分子的來源有煤分子中的氫再分配、供氫溶劑碳氫鍵斷裂產生的氫自由基、氫氣中的氫分子被催化劑活化、化學反應放出的氫。如果系統中供給CO+H2O， 可發生變換反應（CO+H2O→CO2+H2 ）放出氫。當外界提供的活性氫不足時，自由基碎片可發生縮聚反應和高溫下的脫氫反應，最後生成固體半焦或焦炭。

第三步，瀝青烯及液化油分子被繼續加氫裂化生成更小的分子。

工藝流程

煤直接液化典型的工藝過程主要包括煤的破碎與乾燥、煤漿製備、加氫液化（採用一級和二級兩個串聯反應器）、固液分離、氣體淨化、液體產品分餾和精製，以及液化殘渣氣化製取氫氣等部分。液化過程中，將煤、催化劑和循環油製成的煤漿，與氫氣混合送入反應器。在液化反應器內，煤首先發生熱解反應，生成自由基“碎片”，不穩定的自由基“碎片”再與氫在催化劑存在條件下結合，形成分子量比煤低得多的初級加氫產物。出反應器的產物構成十分複雜，包括氣、液、固三相。氣相的主要成分是氫氣，分離後循環返回反應器重新參加反應；固相為未反應的煤、礦物質及催化劑；液相則為輕油（粗汽油）、中油等餾分油及重油。液相餾分油經提質加工（ 如加氫精制、加氫裂化和重整）得到合格的汽油、柴油和航空煤油等產品。重質的液固淤漿經進一步分離得到重油和殘渣，重油作為循環溶劑配煤漿用。