發(fā)布時間：2020-06-11 02:09

【摘要】：煤直接液化技術(shù)是以煤炭為原料,通過化學(xué)加工過程生產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品的煤炭利用工藝。煤直接液化技術(shù)對于優(yōu)化國家能源結(jié)構(gòu)、保障經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,具有重要的戰(zhàn)略意義,但煤直接液化相對高的生產(chǎn)成本限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用。煤熱解是液化反應(yīng)的初始步驟,研究熱解反應(yīng)對認識煤液化反應(yīng)過程具有重要的意義。本文選用神華直接液化工業(yè)示范項目用煤(神華次煙煤)和一種典型的褐煤(白音華煤)作為研究對象,以提高氫氣使用效率、提高液化油收率與品質(zhì)以及液化經(jīng)濟性為目標(biāo),利用原位熱解飛行時間質(zhì)譜(Py-TOF-MS)和管彈式高壓反應(yīng)器,研究神華煤及白音華煤的熱解和液化反應(yīng)性。論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:利用Py-TOF-MS研究神華煤和白音華煤初級熱解產(chǎn)物,獲得熱解產(chǎn)物的分布和逸出規(guī)律。研究表明,烯烴類、苯系物、單酚類、雙酚類以及多環(huán)芳烴化合物是兩種煤熱解的主要產(chǎn)物。神華煤和白音華煤在結(jié)構(gòu)上的不同造成熱解產(chǎn)物組成的差異。白音華煤的熱解產(chǎn)物中酚類化合物含量高于神華煤,而神華煤的熱解產(chǎn)物中芳烴類化合物含量較高。酚類產(chǎn)物的生成與煤中芳香碳氧結(jié)構(gòu)的熱裂解反應(yīng)有關(guān),芳烴類的來源包括煤中游離相的熱揮發(fā)和煤結(jié)構(gòu)的熱裂解反應(yīng)。采用Py-TOF-MS研究了 HZSM-5和Ni/HZSM-5對白音華煤催化熱解產(chǎn)物組成的影響。發(fā)現(xiàn)煤熱解產(chǎn)物中的烷烴類、酚類和烯烴類分別在HZSM-5表面或孔道的酸性位上發(fā)生催化裂解、脫羥基和芳構(gòu)化反應(yīng),使熱解產(chǎn)物中芳烴類和烯烴類產(chǎn)物的含量提高,酚類的含量降低。經(jīng)過HZSM-5和Ni/HZSM-5的催化作用,甲苯的生成量分別增加了44%和175%。Ni/HZSM-5相比HZSM-5顯示出更高的脫羥基反應(yīng)活性。對白音華煤進行水熱預(yù)處理,研究水熱預(yù)處理對白音華煤結(jié)構(gòu)和煤液化性能的影響。經(jīng)過高溫高壓水熱處理的煤樣與原煤相比,揮發(fā)分和氧含量降低,固定碳含量提高。水熱處理過程中生成的氣體主要是CO2和CO,水熱處理有效降低煤中羧基、羰基和醚鍵等含氧官能團含量,破壞煤中的氫鍵,抑制了煤液化反應(yīng)過程中的交聯(lián)反應(yīng)。白音華煤經(jīng)250℃水熱處理,其液化油收率由原煤的32.9%增加到37.8%,氫耗由原煤的4.8%降至 4.1%。煤的顯微組分是影響煤液化反應(yīng)性的因素之一。使用固體13CNMR和紅外光譜(FTIR)研究了神華煤顯微組分的結(jié)構(gòu)特征。實驗結(jié)果表明,鏡質(zhì)組中含有較多的弱共價鍵(如Cal-Cal、Cal-O和-COOH等),脂肪側(cè)鏈較長且支鏈化程度較低;而惰質(zhì)組具有較高的縮合程度和較大的芳香團簇結(jié)構(gòu)。神華煤顯微組分中共價鍵的種類和含量影響其液化反應(yīng)性;在相同的反應(yīng)條件下,神華煤顯微組分的液化轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率的大小順序為:鏡質(zhì)組原煤惰質(zhì)組,鏡質(zhì)組液化過程生成更多的烴類氣體、CO和CO2。氫轉(zhuǎn)移在煤液化反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。通過研究溶煤比、催化劑、溶劑和氫初壓對神華煤液化反應(yīng)的影響,探究液化反應(yīng)中氫的轉(zhuǎn)移途徑。結(jié)果表明,高溶煤比能夠提高液化轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率,降低供氫溶劑的轉(zhuǎn)化率;氫氣供氫和溶劑供氫間存在競爭,催化劑的使用促進氫氣的活化,降低溶劑的供氫量。當(dāng)以黃鐵礦和Ni/A12O3為催化劑時,芳烴溶劑在氫轉(zhuǎn)移過程中起到“橋梁”的作用,芳烴溶劑的環(huán)數(shù)愈多,其對氫氣的傳遞效率愈高;當(dāng)以神華鐵基催化劑和Mo-Ni/A1203為催化劑時,氫氣可以被催化劑活化直接與煤自由基結(jié)合。
【圖文】：

年我國能源消費總量為４４．９億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比２０１６年增長２．９％，煤炭消費量增長０．４％，，逡逑原油消費量X棾ぃ擔(dān)玻�，天赛S蚜吭齔ぃ保矗福ィ郟保蕁＃玻埃保紡昝禾空嘉夜淮文茉聰訓(xùn)膩義媳壤嘉叮埃矗�，预测祫Σ０３５年煤炭仍将占我国的一次能月旣酚�(xùn)模矗常プ笥遙ㄈ繽跡保卞義纖荊郟玻蕁Ｋ孀盼夜玫母咚俜⒄�，我国的能月旣费量日益渣w櫻詮サ氖曛形夜義系哪茉聰啞驕鏊儻擔(dān)常�，我国已经成为蕿懤`畬蟮哪茉聰壓�，针H瀾縋茉聰彥義獻芰康模玻常ズ腿蚰茉蔥棖笤齔さ模玻罰�。煤炭的大规模利用带来了熏F(xiàn)氐幕肪澄侍�，据辶x瞎浪�，全国ＡP埃サ姆鄢九歐�，９０％的寻２艢W�，６ＡPサ模危希輳椋薹藕停罰埃サ模茫埃才歐哦祭村義獻雜諉禾康睦謾Ｒ虼�，为了保证我国繝F僭齔さ哪茉蔥棖�，同时缓金t找嫜暇幕肪沖義閑問�，紨罉q⑶褰喔咝У拿禾坷霉ひ鍘ｅ義希埃

本文編號：2707221