1.1　煤的化学结构与石油化学结构的区别

煤炭是由古代植物残骸在一定的温度和压力条件下经过复杂漫长的地壳物理、化学变化而形成的有机矿物质。石油主要是由古代低级动植物残骸在地层和细菌的作用下经过复杂的化学变化和生物化学变化而形成的液态烃类混合物，往往聚集在有孔隙和裂缝的岩石中。石油主要由烷烃、环烷烃及芳香烃组成。

煤和石油都是由C、H、O、S、N等元素组成，但它们在外观和化学组成上有着明显的差别。表1-1列出了不同变质程度的煤与石油的元素组成。

表1-1　煤与石油的元素组成　　单位： %

由表1-1可知，煤与石油、汽油元素组成含量各不相同。煤中的H含量比石油低，O含量比石油高，H/C原子比低于石油，而O/C原子比高于石油，因此煤炭液化的实质是提高H/C原子比。另外，煤中的N含量比石油略高，S含量视产地不同而不同。这主要是由于煤与石油的分子结构存在着很大的差异。煤的分子结构极其复杂，至今仍未彻底了解，现在公认的结论是：煤是以缩合芳香环为基本结构单元，结构单元的环上带有侧链和含有S、N、O的官能团，结构单元之间通过各种桥键相连，呈空间立体结构的高分子化合物。煤中桥键多为醚键和次甲基键。而石油主要是由烷烃、环烷烃和少量芳烃组成的液态混合物。煤的吡啶萃取物平均相对分子质量约为200，而石油的平均相对分子质量约为200，低馏分的相对分子质量更低，高沸点残渣油的相对分子质量较高，但不超过600。

由于煤炭与石油化学结构和性质的不同，要把固态的煤转化成为液态的油，首先要将煤的大分子裂解成为小分子物质，提高煤的H/C原子比，同时降低O/C原子比。总之，煤直接液化的实质就是在一定温度、压力、溶剂和催化剂下，提高H/C原子比，使固态煤转化为液态油的化学加工过程。