在我国,煤炭总储量的40%以上为中低程度变质的煤,且中低程度变质的煤的产量也占到了总产量的30%,而同时由于在全球快速推进的能源革命以及我国不断加大的治理雾霾的力度,促使人们大大提升了对低阶煤加工利用的关注。目前,低阶煤的加工利用途径包括,煤炭直接液化、煤气化、低温热解等。煤直接液化油(DCL oil)的用途主要为液体燃料和化工原料,而低温煤焦油(LTCT)的一个主要的加工利用途径为通过催化加氢工艺制备汽油和柴油馏分。以上对低温煤焦油和煤直接液化油的利用都是作为石油的替代能源,而煤直接液化油和低温煤焦油作为两种典型煤基液体,有自身的独特特点,通过加工获得的产品的部分优点甚至是石油基产品无法替代的,因此开发一条适应煤直接液化油和低温煤焦油自身特点的加工利用路线,实现煤基液体清洁高效转化的同时进一步提高两种煤基液体产物的附加值,具有重要的现实意义。本文的目的为利用煤直接液化油含有大量芳烃和氢化芳烃以及低温煤焦油富含二环及三环芳烃的特点,通过对低温煤焦油中的芳烃组分以及煤直接液化油进行催化加氢,获得富含环烷烃(氢化芳烃)的加氢产物,使其成为喷气燃料的优质调和组成。在实验研究过程中,首先对低温煤焦油及煤直接液化油的组分组成进行了详细分析。其过程为借鉴高效制备液相技术,在实现对低温焦油和煤直接液化油不同性质组分精确分离的基础上,采用GC-MS,GC×GC-TOFMS,FTIR,1H NMR等手段对分离组分进行了分析,获得了两种煤基液体的组分组成信息,并对比了二者的异同点。基于两种煤基液体的组成特点及催化加氢目标,对低温煤焦油中的芳烃组分进行了富集,作为催化加氢原料;而煤直接液化油的全馏分则直接作为加氢原料。在实现低温煤焦油芳烃组分加氢制备环烷烃和氢化芳烃的过程中,以NiW/γ-Al2O3为主体,采用同步浸渍、分步浸渍两种方法制备了不同P含量的PNiW加氢催化剂;制备了不同Co含量的CoNiW催化剂;采用N2吸附、H2-TPR、XRD、NH3-TPD,SEM等分析手段对催化剂进行了表征;利用固定床加氢反应器,在特定温度、压力、体积空速的条件下,考察了催化剂对模型化合物萘的加氢反应性能;对于CoNiW催化剂,还增加考察了催化剂对苯并噻吩加氢脱硫、喹啉加氢脱氮的反应性能及反应路径;根据催化剂对模型化合物的加氢效果,筛选部分加氢性能较好的催化剂对低温煤焦油富集的芳烃组分进行催化加氢,考察芳烃组分转化为氢化芳烃和环烷烃的效果,同时考察部分催化剂的加氢脱硫、脱氮性能,积碳生成情况。在不同反应条件下,研究了煤直接液化油的催化加氢反应机理及煤直接液化油全馏分加氢制备喷气燃料调和组分的可行性。论文获得了以下主要结论:(1)通过对煤基液体精细化分离得到的组分的分析可知,低温煤焦油中主要成分为芳烃、含氧及含氮化合物;烷烃和烯烃类组分含量较低;同时含有一定量的多元杂原子化合物,各组分含量分别为:烷烃5.63%,烯烃7.97%,芳烃22.47%,含氧化合物31.19%,含氮化合物17.66%,多元杂原子化合物10.79%;煤直接液化油中氢化芳烃含量最高,其次为芳烃,再其次为含氧及含氮化合物,各组分含量分别为:烷烃9.06%,氢化芳烃36.32%,芳烃17.85%,含氧化合物15.39%,含氮化合物16.21%;对比两种煤基液体的组成可知,低温煤焦油及煤直接液化油都具有(氢化)芳烃含量高,且芳烃主要为2~4环的特点,这个特点使其具备了作为制备喷气燃料原料的优质潜能。(2)基于获得的煤基液体的组成特点及加氢反应目标,采用同步浸渍法,制备了不同p含量的pniw催化剂,理化性能的表征表明:p的加入能够促进活性金属组分在载体表面的分散,当p含量为1%~1.5%时,能够降低还原温度,促进ni-w-o混合相生成,提高催化剂表面弱酸的含量;对萘的加氢反应结果表明:p添加量为1%时,萘的转化率接近80%,且产物中十氢萘的含量最大,超过50%,当p含量在1%~2%时,十氢萘的反顺比较大;niw+1.0%p催化剂对210~360℃低温煤焦油富集的芳烃组分的加氢结果显示,饱和加氢效果明显,芳烃含量从反应前的40%降低为反应后的4.93%,且绝大部分转化为环烷烃;同时杂原子化合物脱除效果显著,从反应前的38.27%降低到6.64%;将芳烃加氢产物与我国3号喷气燃料的标准对比发现,加氢产物4.93%的芳烃含量及其中占0.75%二环芳烃含量,远低于国标对3号喷气燃料中芳烃低于20%、萘类低于3%的规定,加氢产物中一环环烷烃含量为43.25%,高于石油基催化裂化喷气燃料中一环环烷烃的含量,因此加氢产物具备了作为喷气燃料调和组分的基本条件。(3)基于同步浸渍p助剂在改性载体性质,改善活性金属分散、降低还原温度等方面的影响机理,为了进一步提升p对加氢效果的有利影响,采用分步浸渍法制备了pniw催化剂。分析表明:分步浸渍pniw催化剂能够显著降低催化剂的还原温度,其程度远高于同步浸渍法,且能够提高催化剂的总酸量;分步浸渍制备的pniw催化剂具有更高的加氢效果,可使萘的加氢转化率接近90%,高于同步浸渍pniw催化剂的75%,同时使加氢产物中十氢萘的含量超过52%,并具有较高的反顺异构比;分步浸渍制备的pniw催化剂对含10%芳烃组分的甲苯溶液进行催化加氢,结果显示,随着p含量的增加,饱和加氢效果出现了先增加后降低的趋势,当p含量为1%时,加氢效果最优,芳烃含量从反应前的60%降低为2%,反应产物中氢化芳烃含量接近70%;分步浸渍制备的pniw催化剂的加氢脱硫和加氢脱氮效果明显,hds和hdn分别为71.6%和99%。(4)基于低温煤焦油富集的芳烃组分中s、n含量较高的特点,制备了coniw催化剂,考察催化剂饱和加氢性能的同时,增加加氢脱硫、加氢脱氮反应路径和反应机理的研究。分析结果表明,co对催化剂理化性能影响不大;co的加入对萘的转化率呈现先增加后降低的趋势,对产物中十氢萘的生成及反顺异构比产生抑制作用;coniw催化剂能使0.4%的苯并噻吩全部发生反应,产物中烷基苯占60%~70%,烷基环己烷占20%~25%,随着co含量的增加,催化剂的氢解能力增强,苯并噻吩以c-s键直接氢解脱硫生成乙烯基甲苯并加氢生成乙苯的反应增加;coniw催化剂能使4%的喹啉全部转化,产物包括烷基环己烷、烷基苯,但是当co含量超过3%时,反应容易停留在四氢喹啉阶段;反应活性、加氢性能及加氢脱硫、脱氮效果较优的sco-1催化剂能使低温煤焦油芳烃组分中芳烃含量从反应前的60%降低为36%,氢化芳烃含量从22%增加到35%;元素分析结果表明,催化剂具有较好的脱硫和脱氮性能。(5)基于煤直接液化油s、n、o含量较低,沸点馏程低,氢化芳烃含量高的特点,对煤直接液化油全馏分进行催化加氢,研究了不同反应温度和氢压条件下,煤液化油催化加氢反应气液产物的生成规律、组成变化,探讨催化加氢反应机理。结果表明:(1)随着反应温度的升高,煤直接液化油的加氢效果有一个先增加后降低的过程。当反应温度为300℃时,加氢效果最优,氢化芳烃含量达到51%,之后随着反应温度的升高,氢化芳烃和烷烃含量迅速下降,芳烃含量急剧上升,同时液体产物收率降低;气体产率变化分为三个阶段,当反应温度为200~400℃时,5种气体产物的含量都很低;400~500℃时,甲烷和乙烷的含量明显提高;500℃以上时,5种气体的含量都有了明显的提高,其中甲烷和乙烷的增加特别显著。(2)不同温度条件下,气液反应产物的组成和含量变化规律是由不同类型的主要反应决定的。400℃以下的阶段为催化加氢阶段,主要为芳烃加氢反应;400~500℃的阶段,主要发生加氢裂化反应。500℃以上的阶段,热裂化反应会非常剧烈,在氢原子和催化剂的存在下,产生大量甲烷和乙烷气体。(3)保持反应温度为300℃,不同反应氢压下,煤直接液化油的反应主要是加氢反应;氢化芳烃的含量随着反应氢压的升高而升高,超过4mpa时增加趋势放缓;气体产物中,甲烷和乙烷的产率随着压力的升高而增加。(4)在300℃、4mpa的最佳反应条件下,催化剂的hdn,hds和hdo活性分别为35.56%,72.73%和24.20%,h/c比从反应前的1.37提高到1.52,此结果表明催化剂具有较高的脱除杂原子的活性和加氢效果。(5)在300℃、4mpa的最佳反应条件下,产物中100~280℃馏分含量增加,而此段馏分增加的化合物(以烷基苯、萘、茚、苊、蒽、菲的氢化芳烃、环烷烃为主),正是喷气燃料的优质调和组分。因此,通过进一步对煤直接液化油全馏分加氢产物进行切割,可以获得喷气燃料的理想调和组分。