熱解是實(shí)現(xiàn)煤清潔、高效、綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是煤受自身較低H/C摩爾比的限制,直接熱解獲得的焦油產(chǎn)率低且品質(zhì)差。加氫熱解是提高焦油產(chǎn)率和品質(zhì)的重要途徑之一,然而較高的制氫成本影響了其實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的低碳烷烴催化轉(zhuǎn)化與煤熱解耦合技術(shù)可以進(jìn)一步提高焦油產(chǎn)率與質(zhì)量�？紤]到煤熱解氣中本身含有大量的H_2、CH_4等富氫氣體,且在工業(yè)上常用于燃燒供熱,利用效率低。因此,本文開(kāi)展了煤氣重整(RSCG)與煤熱解(CP)耦合(CP-RSCG)制油過(guò)程研究,重點(diǎn)考察氣氛等工藝參數(shù)對(duì)熱解產(chǎn)物分布的影響規(guī)律,并初步認(rèn)識(shí)其耦合過(guò)程作用機(jī)制。本文以榆林(YL)次煙煤為煤樣,考察了不同溫度、模擬煤氣(SCG)中各活性氣體及其混合氣氛對(duì)煤熱解產(chǎn)物分布的影響。結(jié)果顯示,YL煤熱解的最佳溫度為650 ~oC,不同熱解氣氛顯著影響熱解產(chǎn)物分布。在650 ~oC下熱解焦油產(chǎn)率大致順序?yàn)镾CG三組分氣體雙組分氣體單組分氣體N_2,模擬煤氣氣氛下熱解(CP-SCG)焦油產(chǎn)率相比于N_2氣氛提高12.4%。此外,H_2可以顯著降低半焦產(chǎn)率,而當(dāng)氣氛中同時(shí)含有H_2與CO_2時(shí),存在明顯的逆水汽變換反應(yīng),水產(chǎn)率增加顯著。SCG中各氣氛在改變產(chǎn)率分布的同時(shí),對(duì)焦油組成也有一定的影響,CH_4主要增加苯類及酚類物質(zhì)的含量,H_2主要增加萘類物質(zhì)的含量,而CO可以抑制酚類化合物的生成,最終導(dǎo)致CP-SCG過(guò)程下獲得的焦油瀝青質(zhì)含量下降,芳香氫與脂肪碳含量增加,油品品質(zhì)得到提升。為了進(jìn)一步活化反應(yīng)氣氛,采用Ni基催化劑對(duì)SCG進(jìn)行催化重整,并研究其與煤熱解耦合后各產(chǎn)物的變化規(guī)律。結(jié)果表明,CP-RSCG過(guò)程可以進(jìn)一步提高焦油產(chǎn)率和品質(zhì),但SCG中H_2與CO的存在抑制了CH_4重整,因此其相對(duì)于CP-SCG過(guò)程焦油產(chǎn)率提高程度并不顯著。為了強(qiáng)化RSCG過(guò)程以提高CP-RSCG過(guò)程焦油產(chǎn)率,分別采用改變模擬煤氣氣體組成、引入水蒸氣、選擇合適的催化劑和用量等方法對(duì)重整過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化條件下,將熱解氣作為SCG進(jìn)行循環(huán)耦合熱解實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,隨著循環(huán)次數(shù)增加,焦油產(chǎn)率逐漸增加,各產(chǎn)物趨于穩(wěn)定,并在第四次時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。以D_2、CD_4和~(13)CH_4為示蹤劑,分別對(duì)CP-RSCG過(guò)程進(jìn)行同位素示蹤實(shí)驗(yàn)。MS分析結(jié)果顯示,其煤焦油中存在D與~(13)C,證明了SCG經(jīng)重整后參與了煤熱解反應(yīng)。CP-RSCG過(guò)程焦油產(chǎn)率及其品質(zhì)提升的主要原因是由SCG中的富氫氣體(H_2和CH_4)經(jīng)催化重整后產(chǎn)生的·H、·CH_x自由基所致,這些小分子自由基穩(wěn)定了本該通過(guò)縮聚等反應(yīng)形成半焦的部分煤熱解自由基,從而實(shí)現(xiàn)了熱解產(chǎn)物由固體半焦向液體焦油的遷移。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ530.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 緒論
    1.1 煤的結(jié)構(gòu)模型及其熱解機(jī)理
        1.1.1 煤的結(jié)構(gòu)模型
        1.1.2 煤熱解過(guò)程
        1.1.3 煤熱解機(jī)理
    1.2 影響熱解焦油產(chǎn)率因素及焦油應(yīng)用
        1.2.1 影響煤熱解焦油產(chǎn)率的因素
        1.2.2 煤熱解焦油的應(yīng)用
    1.3 煤氣及其催化重整
        1.3.1 煤氣的組成與分類
        1.3.2 煤氣的應(yīng)用
        1.3.3 煤氣催化重整
    1.4 選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容
2 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 煤樣
    2.2 催化劑
    2.3 反應(yīng)氣氛
    2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程
    2.5 產(chǎn)物計(jì)算與分析
        2.5.1 產(chǎn)物計(jì)算
        2.5.2 焦油性質(zhì)分析
3 溫度及模擬煤氣組成對(duì)煤熱解產(chǎn)物分布的影響
    3.1 溫度對(duì)煤熱解產(chǎn)物分布的影響
    3.2 模擬煤氣中各氣體及其組成對(duì)煤熱解產(chǎn)物分布的影響
    3.3 不同氣氛下煤熱解焦油組成分析
        3.3.1 焦油的模擬蒸餾分析
        3.3.2 焦油的GC/MS分析
        3.3.3 焦油的NMR分析
    3.4 本章小結(jié)
4 模擬煤氣催化重整及其與煤熱解耦合過(guò)程研究
    4.1 模擬煤氣催化重整特性研究
        4.1.1 溫度對(duì)模擬煤氣重整過(guò)程的影響
        4.1.2 氣體組成對(duì)重整過(guò)程的影響
    4.2 耦合過(guò)程產(chǎn)物分布規(guī)律及焦油組成分析
        4.2.1 耦合過(guò)程產(chǎn)物分布規(guī)律
        4.2.2 耦合過(guò)程焦油組成分析
    4.3 耦合過(guò)程反應(yīng)條件優(yōu)化
        4.3.1 氣體組成的優(yōu)化選擇
        4.3.2 模擬煤氣中通入水蒸氣對(duì)熱解過(guò)程影響
        4.3.3 催化劑的選擇和用量
    4.4 煤氣循環(huán)耦合熱解過(guò)程研究
    4.5 耦合過(guò)程同位素示蹤分析
    4.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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