【摘要】：我國低階煤資源豐富,開發(fā)新型低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)其高效及高值利用具有重要意義。本文研究了錫林格勒褐煤為代表的低階煤分級(jí)熱溶物制取方法,對(duì)分級(jí)熱溶物的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征。并通過堿處理構(gòu)筑了多級(jí)孔道ZSM-5沸石分子篩,重點(diǎn)研究了多級(jí)孔道ZSM-5及Ni/ZSM-5催化劑的分級(jí)煤熱溶物加氫裂解性能、加氫裂解產(chǎn)物進(jìn)一步芳環(huán)加氫飽和以制備富含環(huán)烷烴和氫化芳烴的高性能噴氣燃料。結(jié)合催化劑表征結(jié)果和模型化合物反應(yīng),對(duì)煤熱溶物制備噴氣燃料的催化作用機(jī)制進(jìn)行了初步分析。研究結(jié)果表明:(1)針對(duì)煤經(jīng)熱溶處理存在室溫可溶和室溫沉積兩種煤熱溶物的特性,且N,N-二甲基甲酰胺(DMF)能有效萃取分離室溫沉積煤熱溶物,提出了一種室溫可溶和室溫沉積兩種褐煤熱溶物的分級(jí)制備方法。熱溶溶劑及二次熱溶處理是影響褐煤分級(jí)熱溶物收率和分布的關(guān)鍵因素:1-甲基萘添加10 wt%甲醇后,煤熱溶物總收率得到大幅度提高,由21.9%增大至33.3%,提高了約52.1%,室溫可溶與室溫沉積煤熱溶物之比由1.03提高到1.64,提高了約59.2%;二次熱溶處理后,煤熱溶物收率由33.3%增加至57%,提高了約71%,室溫可溶與室溫沉積煤熱溶物之比由1.62增大至2.52,提高了約54%。紅外及元素表征結(jié)果表明,熱溶處理具有很好的脫礦物質(zhì)灰分的作用,同時(shí),煤熱溶物氧含量降低,具有一定的脫氧作用。(2)超聲輔助處理對(duì)分級(jí)煤熱溶物的收率有著顯著促進(jìn)作用。熱溶溶劑及二次熱溶處理也是影響褐煤分級(jí)熱溶物收率和分布的關(guān)鍵因素,1-甲基萘為溶劑時(shí),煤熱溶物總收率從機(jī)械攪拌的21.9%增大至30.4%,增加幅度達(dá)到39%;1-甲基萘添加甲醇時(shí),煤熱溶物總收率從機(jī)械攪拌33.3%%大幅增大至52.3%,增加幅度高達(dá)57%,且兩種熱溶處理的分級(jí)煤熱溶物分布基本相同,超聲輔助處理室溫可溶與室溫沉積煤熱溶物之比為1.65,與機(jī)械攪拌處理的1.64相近。二次熱溶處理時(shí),煤熱溶物總收率從機(jī)械攪拌57%%大幅增大至82.4%,且室溫可溶與室溫沉積煤熱溶物之比為2.85,較而機(jī)械攪拌處理的2.52有所提高。超聲輔助所制分級(jí)褐煤熱溶物的結(jié)構(gòu)組成特性與機(jī)械攪拌制備方法相比變化不大。(3)催化劑孔道結(jié)構(gòu)、酸性及加氫活性組分是影響分級(jí)煤熱溶物加氫裂解性能的關(guān)鍵因素,且三者存在一定的協(xié)同作用。引入加氫活性組分Ni對(duì)催化劑的加氫裂解性能,尤其是油品收率有著較大促進(jìn)作用,微孔Ni/ZSM-5催化劑的油品收率由ZSM-5的30.2%增大至45.3%,提高了近50%;多級(jí)孔道Ni/ZSM-5催化劑油品收率更是由未負(fù)載Ni的30.5%大幅增大至57.4%,提高了近90%。ZSM-5孔道結(jié)構(gòu)在不同催化劑體系(是否引入加氫活性組分)所起的作用存在很大差別,對(duì)于未負(fù)載Ni的ZSM-5催化劑體系,催化劑孔道結(jié)構(gòu)對(duì)其性能幾乎沒有影響,而對(duì)于引入加氫活性組分的Ni/ZSM-5催化劑體系,多級(jí)孔道Ni/ZSM-5催化劑對(duì)褐煤室溫可溶熱溶物的加氫裂解性能有較大的促進(jìn)作用,相比H型微孔Ni/ZSM-5催化劑,油品收率由45.3%增加至57.4%,提高了約27%。催化劑酸性與加氫活性組分一樣,同樣對(duì)褐煤室溫可溶熱溶物有著較大促進(jìn)作用,Na型多級(jí)孔道Ni/ZSM-5催化劑,其油品收率僅為35.1%,不僅遠(yuǎn)低于H型多級(jí)孔道Ni/ZSM-5催化劑的57.4%,也較H型微孔Ni/ZSM-5催化劑的45.3%有了較大幅度的降低。多級(jí)孔道Ni/ZSM-5催化劑的介孔孔道結(jié)構(gòu)還利于催化劑循環(huán)使用時(shí)性能的穩(wěn)定。(4)煤熱溶物加氫裂解產(chǎn)物以兩環(huán)芳烴化合物為主,經(jīng)進(jìn)一步加氫飽和芳環(huán)可制得富含環(huán)烷烴及氫化芳烴的噴氣燃料。不同制備方式對(duì)所制分級(jí)煤熱溶物的加氫裂解性能存在不同的影響,機(jī)械攪拌和超聲輔助兩種處理方式所制煤熱溶物的加氫裂解性能差別不大,而不同熱溶溶劑對(duì)所制煤熱溶物的加氫裂解性能存在較大影響。室溫可溶煤熱溶物加氫裂解產(chǎn)物的GC-MS分析結(jié)果表明,產(chǎn)物中二環(huán)芳烴化合物峰面積比高達(dá)94.1%,且二環(huán)芳烴化合物中的芳環(huán)仍以不飽和芳環(huán)的形式存在。煤熱溶物加氫裂解產(chǎn)物經(jīng)Cu-Ni/γ-Al2O3催化劑進(jìn)一步加氫處理,二環(huán)芳烴化合物中的芳環(huán)得以加氫飽和,環(huán)烷烴及氫化芳烴占整個(gè)產(chǎn)物的61.9%,可制得富含環(huán)烷烴及氫化芳烴的噴氣燃料。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD849.2;TQ517

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2799387