2.7 煤炭液化
煤的液化技术，简单来说是一种将固体煤转化为液体的技术。如果从工艺角度来看，它是指利用不同的工艺路线，将固体原料煤转化为与原油性质类似的有机液体，并利用与原油精炼相近的工艺对煤液化油进行深加工以获得动力燃料、化学原料和化工产品的技术系统。
我国是一个石油储量不足的国家，但又是一个煤炭储量丰富的国家，在当前石油需求量大增的形势下，将煤炭转化为油品，是对我国石油供应的一个极大的补充。煤炭液化不仅可以直接为发动机提供液体燃料，同时还可生产大量化工产品，如乙烯、丙烯、液化天然气等。
煤和石油同是可燃的矿物资源，其主要成分都是碳、氢、氮和硫，但两者在组成和性质上有很大的差别。与石油相比，煤炭具有H/C比小、氧含量高、分子大、结构复杂的特点。此外煤中还含有较多的矿物质和氮、硫等杂质。因此煤液化的过程实质上就是提高H/C比，破碎大分子和提高纯净度的过程，通过加氢、裂解、提质等工艺方法可以达到以上的目标。目前，煤液化技术主要有间接液化和直接液化两大类。
2.7.1 煤的间接液化
煤气化产生以CO和H2为主的合成气，再以合成气为原料，合成液体燃料或化学产品。这样的工艺过程称为煤的间接液化。
煤的间接液化技术的核心是费托合成，如图2-9所示。此外，还有一类煤制油工艺是以甲醇生产为中间过程，利用甲醇合成汽油、二甲醚等液体燃料，又称为甲醇转化油工艺MTG。
图2-9 费托合成过程
间接液化工艺的特点：适用的煤种较广，制取合成气的原料煤与气化工艺有关。合成反应压力为3MPa，反应温度为250～350℃，产品可根据合成条件确定，既有流体燃料油品，又有化工产品。油收率低于直接液化。
间接液化的柴油馏分产物的直链烃多，环烷烃少，十六烷值过剩。同时其不含氮硫杂质，凝点高，所以两者的柴油馏分都需要经过加氢提质工艺才能得到合格的柴油产品。另外，间接液化由于是从小分子CO与H2进行合成开始的，因此只要适当地控制反应条件和选择活性催化剂，除获得产品油外，在非燃料利用方面，间接液化还能合成一些重要的化工原料，如乙烯、丙烯和丁烯，或甲醇、乙醇及其他链长的有机氧化物等。这使得间接液化的应用空间更为广阔。
我国从20世纪50年代就进行了大规模间接液化技术的实验研究。80年代末，中国科学院进行了铁基催化剂费托合成生产汽油的过程技术开发，并完成了2000t/a规模的煤基合成汽油工业实验。20世纪90年代开始钴基费托合成工艺的研究与开发，建成2000t/a规模的工业装置，并进行了合成汽油的初步实验。
2.7.2 煤的直接液化
煤的直接液化又称加氢液化，是将煤粉、催化剂和溶剂混合后，在高温高压条件下，煤与氢反应，直接转化为液体油的过程，又称加氢液化。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油航空煤油和LPG等。
煤的直接液化工艺流程如图2-10所示。
图2-10 煤的直接液化工艺流程
该工艺是先把煤磨成粉，再和自身产生的部分液化油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450℃）和高压（20～30MPa）下直接加氢，获得液化油，然后再经过提质加工，得到汽油、柴油等产品。1t无水分无灰分的煤可产出500～600kg油，加上制氢用煤，大约3～4t原料煤可生产1t成品油。
德国是最早研究和开发直接液化工艺的国家，其最初的工艺称为IG工艺。其后不断改进，开发出被认为是世界上最先进的IGOR工艺。其后美国也在煤液化工艺的开发上做出了大量的工作，开发出供氢溶剂（EDS）、氢煤（H-Coal）、催化两段液化工艺（CTSL-HTI）和煤油共炼等代表工艺。此外，日本的NEDOL工艺也有相当出色的液化性能。我国的神华煤直接液化厂所采用的工艺，也是在其他工艺的基础上发展的具有自身特色的液化工艺。
煤炭直接液化在技术上是可行的，目前没有工业生产厂，主要原因是它与廉价石油相比，生产成本偏高，美国能源部通过工业试验的初步经济分析后指出，煤炭直接液化厂与现有工厂建在一起，可节约投资，降低液化油成本。目前，煤炭直接液化一次投资大，随着煤炭直接液化技术的进一步研究和发展，还可以进一步降低生产成本。
石油短缺是我国能源发展面临的重要问题，将发展煤液化技术和建设煤液化产业作为补充石油不足的重要途径之一，应引起充分的重视和科学对待。煤液化是煤化工领域的高新技术，引进或吸收国外先进技术和经验，研究开发具有自主知识产权的工艺、设备对未来产业化的持续发展非常重要，因此应该作为中国能源技术战略发展的主要内容之一，通过国家有关部门的组织和支持，集中国内不同学科、不同领域的科研和工程开发力量，在今后5～10年取得理论基础、技术基础和工程化开发的进展和突破，以形成有中国特色的能源转化技术和产业。