随着我国经济持续快速增长,石油安全已处于能源战略的核心地位。我国具有丰富的煤炭资源,煤直接液化工艺可有效缓解能源紧缺的问题。为了降低成本,本文采用甲烷等富氢气体代替氢气,利用自己开发设计的管式反应器和工艺流程对山东龙口褐煤的液化性能进行了研究。在甲烷气氛下,研究了反应温度和停留时间对液化性能的影响,反应温度范围为400℃~800℃,停留时间范围为4s~12s,反应压力为10MPa。反应产物分别用正己烷、苯和四氢呋喃萃取。在未加催化剂,反应温度为750℃,停留时间为9s的情况下,煤液化达到最佳效果,煤总转化率达到25.44%,油气收率达到21.97%。结果表明本文所设计的实验流程是合理的,甲烷代替氢气进行煤快速液化是可行的。在上述的最佳反应温度(750℃)下,在甲烷气氛中加入不同比例的乙烯,停留时间4s~12s范围内,研究了富氢气氛组成在不同停留时间下对煤液化性能的影响,通过转化率及产物收率的对比分析,在停留时间为9s,乙烯混合比例为15%时,煤总转化率和油气收率均达到最大值,分别为29.45%和24.56%。结果表明适量乙烯的加入对煤快速液化是有利的。应用扫描电镜、红外光谱、热重分析仪、X射线衍射仪和元素分析等分析手段对原煤、液化残渣及结焦聚合物的结构变化进行了表征,了解了煤中有机元素和官能团在反应前后的变化以及反应对煤结构变化的影响,分别从宏观和微观探讨了煤在本工艺中液化反应的历程,同时为新工艺的改进和反应机理的探讨提供了一定的理论数据。