煤通过直接加氢液化制取油品和化学品的过程是实现煤炭清洁高效利用的重要途径，也是缓解中国石油资源短缺的方式之一。近一个世纪来，开发出的多种煤直接液化工艺技术，其特点集中在高压、高温的苛刻条件下，为煤提供良好的加氢热解环境，以提高煤的液化转化率和油收率，因此也带来了条件苛刻和溶剂平衡等工程和工艺难题。如能在较温和的反应压力和温度条件下实现煤炭的高效直接转化，对大规模推广应用直接液化技术具有重要的意义。近年来，中科合成油技术有限公司通过系统的基础研究，突破了直接液化过程中的关键化学和工程问题，开发出了以煤的温和加氢液化和费托合成为核心的分级液化技术，其中关键的煤温和加氢液化过程已经过了多次的中试验证。　　本课题在中科院煤专项的支持下，针对蒸汽干燥处理后的澳大利亚褐煤(ASU)和马泰壕低阶烟煤(MTH)这两个典型的低阶煤种在温和加氢液化工艺中的关键单元进行了系统的优化研究。围绕液化反应前煤的结构特点，研究了进料预处理（煤粉干燥预处理和油煤浆预处理）过程中不同处理手段对煤的结构、热解特性的影响，探讨了煤结构的变化与煤温和加氢液化转化率之间的关系;围绕温和液化反应过程中系统供氢能力的变化，研究了供氢溶剂、催化剂和气氛（氢气与氮气）对煤温和液化转化率的影响，探讨了液化反应条件之间的相关性和各供氢因素之间的等效性与互补性;针对液化残渣中残留的液体产物，研究了液化残渣处理过程中液体产物的回收方式，评估了使用亚临界水来回收液化残渣中液体产物的可行性。通过对上述煤直接液化工艺中关键单元的研究，期望为煤温和加氢液化技术的开发和优化提供基础支持。　　通过本论文的研究，得到的主要结论如下:　　(1)煤粉干燥预处理对煤温和加氢液化的影响与煤的组成和孔隙的变化有关。空气干燥不仅会导致煤中含氧官能团的增加，而且会导致煤中脂肪碳的分解，使干燥后煤样的热解性能变差。因此,空气干燥煤样的液化转化率最低。与空气干燥不同，氮气干燥和真空干燥能够导致煤中含氧官能团的减少。与氮气干燥相比，由于真空干燥的低压作用，真空干燥导致煤中含氧官能团的减少量大于氮气干燥;并且，真空干燥导致煤的孔隙暴露程度要大于氮气干燥。因此，真空干燥煤样的温和液化转化率要大于氮气干燥煤样。除此之外，随着干燥温度地升高，煤的液化转化率呈减小的趋势。因此，对于ASU和MTH，选择低温（小于200℃）真空干燥是提高煤温和液化转化率的有效手段。　　(2)油煤浆预处理过程中的不同处理手段对煤温和加氢液化的影响与煤内部孔隙的暴露程度有关。低温热处理（小于300℃）不能起到暴露煤内部孔隙结构的作用，因此对煤的温和液化转化没有影响。高温热处理(300-350℃)能够使煤发生部分解聚(MTH:13％，ASU:32％)，暴露了煤中40-100nm的部分孔隙，从而使煤的温和液化转化率提高了约5个百分点。微波处理的效果则与煤种有关。微波处理对ASU的结构及其温和液化转化率的影响较小。微波处理对MTH的化学组成和结构的影响较小，但是能够导致MTH中产生裂隙。裂隙的出现暴露了MTH中10-100nm的内部孔隙，有利于供氢溶剂向煤内部孔隙中地扩散，使MTH的温和液化转化率提高了约15个百分点。因此，对于ASU，采用高温热处理制浆技术即可;对于MTH，可以采用微波处理和高温热处理相结合的联合制浆技术。　　(3)温和液化反应过程中过程条件的变化对煤温和加氢液化的影响与煤热解自由基的产生速率与加氢稳定速率的匹配程度有关。在液化反应过程中，煤热解自由基的产生主要受液化温度的影响，可以通过分段液化来优化自由基的产生过程，如一段液化和两段液化。选择一段液化还是两段液化则与系统的供氢能力有关。在供氢能力充足时，一段液化即可获得较高的温和液化转化率;在供氢能力不足时，可以通过两段液化来分步释放煤热解自由基，使自由基被分步加氢稳定，提高煤的温和液化转化率。系统的供氢能力受供氢溶剂、催化剂及氢气压力的影响。在本研究体系下，供氢溶剂的作用是首要的，其作用要大于催化剂和氢气。在一定程度上，供氢溶剂、催化剂及氢气之间具有互补性和等效性。在某一因素不足时，可以通过另外两个因素来弥补，这为实现煤的低压液化提供了可能，即通过优化供氢溶剂和催化剂来降低系统的氢气压力。　　(4)液化残渣处理过程中亚临界水对液化残渣中液体产物的萃取程度与亚临界水条件有关。通过调节温度/压力，亚临界水的性质能够接近一些典型的有机溶剂（如正己烷和甲醇）。在250℃/5.2MPa和300℃/8.9-9.6MPa的条件下（水渣质量比为10-90），亚临界水对液化残渣中液体产物的萃取率要低于正己烷、甲醇和热解对液化残渣中液体产物的萃取率。在320℃/11.7MPa的条件下，依据水渣质量比的不同，亚临界水对液化残渣中液体产物的萃取率能够接近甚至高于正己烷、甲醇和热解对液化残渣中液体产物的萃取率。亚临界水萃取物主要来自于液化残渣中的正己烷萃取物，还有一部分来自于沥青质组分。与正己烷萃取物相比，亚临界水萃取物含有较多的大分子量组分和杂原子组分，这主要与水的极性有关。因此，在液化残渣处理单元，可以采用高温亚临界水萃取技术来回收液化残渣中的液体产物。