煤炭直接液化是先进的洁净煤技术。由于煤结构相当复杂及其可变的物理和化学性质,对发生在煤炭液化中的真实过程缺乏认识。本文研究了催化剂、助催化剂对煤化学键断裂及加氢液化的作用;供氢溶剂在煤炭液化过程的氢自由基转移机理以及氢气转化为氢自由基的行为规律,进一步认识煤直接液化过程中催化加氢反应特性及机理。主要研究内容与结果如下:设计了管弹式液化反应器及配套充气装置、沙浴加热炉和索氏抽提系统,较好地满足煤直接液化实验的要求条件。采用正交实验设计原理考察了催化剂、液化温度、初始氢压和反应时间对神华煤直接液化的影响,获得最大油收率为62.40%;影响油收率的主次因素为:反应时间>初始氢压>反应温度>催化剂。综合考虑工艺条件和经济效益等因素,获得适宜液化实验条件:神华铁基催化剂1%(Fe,wt.%),四氢萘溶剂,溶煤比2:1,反应时间60min,液化温度445℃,震动频率90Hz。考察了催化剂对神华煤液化的影响。研究结果表明,黄铁矿与煤的相互作用既降低了黄铁矿的分解温度又促进了加氢煤液化反应,提高了煤炭液化产品的收率;黄铁矿热解产生的硫与氢气反应生成的中间活性产物H2S,是促进气相氢向液化产物转移的主要因素,而外加H2S对氢转移作用不大;与黄铁矿相比,神华铁基催化剂具有较高的催化活性,主要由于神华催化剂在液化过程中容易生成Fe1-xS且分散均匀。考察了H2S对神华煤液化过程中氢转移的影响。研究结果表明:当H2S含量低于1%时,对煤液化反应的进行没有明显促进作用;随着H2S含量逐渐增大,油收率增加。在3%时达到最大值49.95%,比不含H2S气氛时油收率提高5.23%。初始压力增加即增加H2S在溶剂中的溶解度,加快了气相氢向液化产物的传递速率,进而提高油收率。压力由7MPa增加至8MPa,油收率提高9.26%。H2S催化作用机理与体系中催化剂和溶剂等有关。