工艺原理
煤的分子结构很复杂，一些学者提出了煤的复合结构模型，认为煤的有机质可以设想由以下四个部分复合而成。
第一部分，是以化学共价键结合为主的三维交联的大分子，形成不溶性的刚性网络结构，它的主要前身物来自维管植物中以芳族结构为基础的木质素。
第二部分，包括相对分子质量一千至数千，相当于沥青质和前沥青质的大型和中型分子，这些分子中包含较多的极性官能团，它们以各种物理力为主，或相互缔合，或与第一部分大分子中的极性基团相缔合，成为三维网络结构的一部分。
第三部分，包括相对分子质量数百至一千左右，相对于非烃部分，具有较强极性的中小型分子，它们可以分子的形式处于大分子网络结构的空隙之中，也可以物理力与第一和第二部分相互缔合而存在。
第四部分，主要为相对分子质量小于数百的非极性分子，包括各种饱和烃和芳烃，它们多呈游离态而被包络、吸附或固溶于由以上三部分构成的网络之中。
煤复合结构中上述四个部分的相对含量视煤的类型、煤化程度、显微组成的不同而异。 上述复杂的煤化学结构，是具有不规则构造的空间聚合体，可以认为它的基本结构单元是以缩合芳环为主体的带有侧链和多种官能团的大分子，结构单元之间通过桥键相连，作为煤的结构单元的缩合芳环的环数有多有少，有的芳环上还有氧、氮、硫等杂原子，结构单元之间的桥键也有不同形态，有碳碳键、碳氧键、碳硫键、氧氧键等。
从煤的元素组成看，煤和石油的差异主要是氢碳原子比不同。煤的氢碳原子比为0.2～1，而石油的氢碳原子比为1.6～２，煤中氢元素比石油少得多。
煤在一定温度、压力下的加氢液化过程基本分为三大步骤。
(1)、当温度升至300℃以上时，煤受热分解，即煤的大分子结构中较弱的桥键开始断裂，打碎了煤的分子结构，从而产生大量的以结构单元为基体的自由基碎片，自由基的相对分子质量在数百范围。
(2)、在具有供氢能力的溶剂环境和较高氢气压力的条件下、自由基被嘉庆得到稳定，成为沥青烯及液化油分子。能与自由基结合的氢并非是分子氢（H2），而应是氢自由基，即氢原子，或者是活化氢分子，氢原子或活化氢分子的来源有：①煤分子中碳氢键断裂产生的氢自由基；②供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基；③氢气中的氢分子被催化剂活化；④化学反应放出的氢。当外界提供的活性氢不足时，自由基碎片可发生缩聚反应和高温下的脱氢反应，最后生成固体半焦或焦炭。
(3)、沥青烯及液化油分子被继续加氢裂化生成更小的分子。
工艺过程
1.直接液化
又称加氢氧化，一般指将煤粉、催化剂（可选）和溶剂的混合在液化反应器中，在适宜的温度和压力条件下，将煤直接转化为液化油的过程，包括煤的热解和加氢裂解两个基本的过程。煤大分子的基本结构单元以缩和芳环为主体，并带有许多侧链、杂环和官能团等。研究表明在高温（400℃），高压（10MPa以上）的条件下，煤的大分子结构将受热分解，基本结构单元之间的桥键首先断裂，生成游离的自由基团。此时如果遇到外界分子氢，自由基将发生加氢反应，形成稳定的低分子物，从而避免因重新聚合生成聚合物或大分子。实际工艺中将与处理好的煤粉，溶剂和催化剂按一定比例配成煤浆，然后经过高压泵与同样经过升温的加压的氢气混合，再经加热设备预热至400℃左右，共同进入具有一定压力的液化反应器中进行液化，一般分为单段液化SSL和两段液化。
1.间接液化
间接液化是煤先经过气化制成CO和H2，将煤原有的大分子结构完全破坏，然后通过高活性催化剂作用在合成器合成为油产品。煤的间接液化技术核心是费托合成，即在铁催化剂的作用下，一氧化碳和氢可以反应生成烃类液体产品。由于合成产品太复杂，而且选择性差，采用复合型催化剂，在一段费托合成后，反应产物为C1~C40的烃类混合物，为了提高汽油馏分的产率，将一段合成的产物通过设有分子筛催化剂的二段反应器中进行反应，使一段反应产物发生裂解、脱氢、环化、低分子烯烃聚合等反应，最终得到主要是C5~C11的汽油硫分。
3.制备其他液体燃料
甲醇：煤气化产生的一氧化碳和氢气在铬锌催化剂作用下高压合成甲醇，甲醇不仅可以合成汽油，还可以生产乙烯等化学原料，或直接作为发动机燃料。
二甲醚：甲醇气相催化脱水（反应温度为250~330℃，催化剂作用下）生成二甲醚和水；煤气化得到的混合气体直接经压缩、净化和加热后进入合成反应器内反应也可等到二甲醚。二甲醚可做气雾剂的抛射剂，合成硫酸二甲酯等化工原料，同时由于二甲醚是易燃燃料，燃烧无黑烟，几乎无污染，且具有较高的十六烷值和优良的压缩性，非常适合压燃式发动机，也被认为是柴油发电机的理想替代燃料。
