【摘要】：褐煤“高水分、高灰分、高氧含量、低熱值”的屬性使得褐煤的利用受到很大的限制,直接液化工藝將褐煤轉化為液體燃料及含氧精細化學品,利用了褐煤的高揮發(fā)分和高氧含量性質,增加了褐煤利用的附加價值。本論文以呼倫貝爾褐煤為原料,探討了在不同液化溫度、液化時間、及有/無催化劑Fe_7S_8存在的情況下,褐煤中氧在液化油(Oil-O)、瀝青質和前瀝青質(PAA-O)、氣相產物(Gas-O)、液化殘渣(THFI-O)、以及水(H_2O-O)中的傳遞、分配及轉化規(guī)律,揭示了液化油中酚類化學品的生成規(guī)律。含氧官能團的研究利用化學滴定法對羧基和酚羥基進行定量分析,結合FTIR對羰基和醚鍵進行研究,運用元素分析儀對氧進行定量分析,主要研究結論如下:1.無催化劑時,溫度450℃反應時間60 min時,煤的轉化率和油收率分別為75.80 wt%和31.28 wt%;在相同條件下添加3 wt%催化劑Fe_7S_8后,煤的轉化率和油收率可達88.71 wt%和49.29 wt%。2.Oil-O。酚是液化油中氧的主要賦存形態(tài),主要酚類產物含量由高到低順序為鄰甲酚間、對甲酚苯酚。無催化劑時,300℃可以檢測到有間、對甲酚和1-萘酚的生成;添加3 wt%催化劑Fe_7S_8后,200℃已經有酚類物質生成,主要為鄰甲酚。此外,酚類化合物的最大收率相比未添加催化劑時增長了40.58%,這主要是由于催化劑Fe_7S_8的加入提高了氫自由基的產生速率,減少了酚羥基的縮聚反應,進而提高了酚類產品的收率。3.H_2O-O。遷移至H_2O-O的比例隨液化溫度的升高和反應時間的延長呈先增加后降低的趨勢。無催化劑時,溫度450℃,時間30 min時,H_2O-O達到最大值36.05 wt%;添加3 wt%催化劑Fe_7S_8后,H_2O-O在溫度達到450℃時達到最大值20.32 wt%。4.PAA-O。液化溫度為450℃且無催化劑時,羧基和酚羥基的含量隨反應時間的增加而減小,羰基和醚鍵的含量呈上升趨勢,最終PAA中的含氧官能團以羰基和醚鍵為主。有/無催化劑對PAA-O的變化規(guī)律沒有影響。5.THFI-O。隨著液化溫度的升高和反應時間的延長,THFI中的含氧官能團部分分解生成氣體產物,部分遷移至PAA和Oil中。有/無催化劑情況下,液化反應結束時醚鍵為THFI-O的主要存在形式,這種由官能團的轉化形成的芳香醚鍵結構穩(wěn)定,不利于的反應進行。6.Gas-O。氧的賦存形態(tài)為CO和CO_2,有/無催化劑對Gas-O的含量影響不大。綜上,當液化工藝條件為:溫度450℃,氫氣初壓6 MPa,反應時間為60 min時,添加3 wt%Fe_7S_8后能顯著降低遷移至H_2O-O的比例,提高遷移至Oil-O的比例,酚類產品中氧的占比為5.5 wt%,表明有可能從油中提取酚類含氧化合物。研究結果為工業(yè)化的進一步應用提供了理論基礎。
【圖文】：

路及內容呼倫貝爾褐煤為研究對象，通過研究液化反應升溫階段及液化和液化產品中氧的賦存形態(tài)以及分布情況，揭示煤中含氧官能移路徑，進而明確氧的調控方向，為實現合理利用氧、提高氧。全文圍繞氧元素的“形態(tài)變化”和“遷移規(guī)律”進行研究。述研究思路，主要研究內容如下：索褐煤在有/無催化劑的條件下，氧在直接液化過程中的遷移在煤及液化產物中賦存形態(tài)的確定以及氧平衡的建立。究褐煤直接液化過程中含氧官能團的轉化規(guī)律。研究技術路線如圖 1-2 所示。將供氫溶劑和煤按質量比 2:1 的進行液化實驗，，對所得液化產物進行分析。

圖 2-4 液化反應釜裝置圖Fig.2-4 Schematic diagram of autoclave2.3.2 實驗方法實驗操作步驟如下：（1）準備工作及稱量稱取干燥后的煤樣 15 g，四氫萘 30 g。催化劑用量為煤質量的 3.0%，稱取催化劑0.45 g（未添加催化劑條件下省略該步驟）。將稱量好的煤樣和溶劑裝入石英內襯中，混合均勻。保證內襯外壁和反應釜內壁及底部干凈無雜物，將內襯放入反應釜中，密封反應釜。（2）充氣先向反應釜內充入 2-3 MPa 氫氣，重復 2-3 次，置換釜內的空氣，同時檢查反應釜的氣密性是否良好。然后在向反應釜內充入 6 MPa 氫氣，記錄反應初期的溫度、壓力
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ529.1

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本文編號：2700562