煤的熱解是煤炭轉(zhuǎn)化工藝的重要過程,而催化劑可以調(diào)控煤的熱解產(chǎn)物;鐵基催化劑是一類重要的熱解和液化的催化劑,因而研究這些催化劑在煤熱解過程中的催化熱解機理具有重要意義。本文在固定床上研究了幾種類煤結(jié)構(gòu)模型化合物在鐵基催化劑作用下的熱解行為,通過不同條件下熱解產(chǎn)物分布的比較,提出了這些模型化合物在不同鐵基催化劑作用下可能的催化熱解路徑。通過對部分模型化合物中弱鍵斷裂過程進行理論計算以及在熱解過程中加入供氫溶劑,對催化劑的作用機理進行了進一步的研究,從而為真實煤的催化熱解提供了參考。本文的主要研究內(nèi)容包括:(1)選取可以代表煤中弱鍵結(jié)構(gòu)的苯基醚類模型化合物(苯甲醚、苯乙醚和苯基芐基醚)和二芳基烷烴類模型化合物(聯(lián)芐),在不同熱解溫度下研究了他們在黃鐵礦(pyrite)作用下的熱解規(guī)律。實驗結(jié)果表明黃鐵礦的加入,可以提高各模型化合物的熱解轉(zhuǎn)化率,氣體和液體收率,減少殘焦。由于各模型化合物的結(jié)構(gòu)不同,黃鐵礦對于其作用效果存在差異性;弱鍵結(jié)構(gòu)本身的解離能較低且與黃鐵礦的吸附作用較大的模型化合物,例如苯基芐基醚,黃鐵礦對于其作用效果較好。對于同一模型化合物,黃鐵礦在不同熱解溫度下對其的作用效果也有不同。為了進一步探究黃鐵礦的作用效果,選擇模型化合物苯基芐基醚和聯(lián)芐,使用原子尺度材料模擬的計算機程序包(VASP)計算了他們結(jié)構(gòu)中部分弱鍵在黃鐵礦作用下的解離能,計算結(jié)果與試驗結(jié)果相符。在聯(lián)芐熱解過程中進一步加入供氫溶劑四氫萘,熱解結(jié)果表明聯(lián)芐熱解過程中產(chǎn)生的初始熱解自由基可以與四氫萘發(fā)生氫抽提反應(yīng),及時穩(wěn)定這些自由基;同時加入四氫萘和黃鐵礦時,發(fā)現(xiàn)他們在聯(lián)芐熱解過程中存在著協(xié)同作用,可以進一步提高聯(lián)芐的熱解轉(zhuǎn)化率。(2)制備了不同負載量的鐵基催化劑Fe/ZSM-5,選擇苯乙醚和聯(lián)芐作為模型化合物,研究了它們在Fe/ZSM-5作用下的熱解,并與在黃鐵礦作用下的熱解結(jié)果進行比較。結(jié)果表明Fe/ZSM-5也可以提高模型化合物的熱解轉(zhuǎn)化率,提高氣體和液體收率,同時減少殘焦,且作用效果優(yōu)于黃鐵礦。當Fe的負載量為7.5%時,催化效果最好,苯乙醚的轉(zhuǎn)化率達到45.6%,聯(lián)芐的轉(zhuǎn)化率達到35.3%;與黃鐵礦不同,Fe/ZSM-5可以明顯促進苯乙醚中C_(aliphatic)–O鍵斷裂和聯(lián)芐中C_(aryl)–C_(aliphatic)鍵的斷裂,對模型化合物熱解產(chǎn)物有明顯的選擇性。對于苯乙醚,Fe/ZSM-5中載體分子篩主要起催化作用;而對于聯(lián)芐,負載金屬Fe在熱解過程中起主要催化作用。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ530.2
【文章目錄】：
摘要
abstract
引言
1 緒論
    1.1 煤的熱解
        1.1.1 煤的結(jié)構(gòu)
        1.1.2 煤的熱解機理
        1.1.3 煤熱解過程的研究現(xiàn)狀
        1.1.4 供氫溶劑與煤熱解中的氫轉(zhuǎn)移
    1.2 類煤結(jié)構(gòu)模型化合物的熱解
    1.3 煤熱解催化劑
    1.4 量子化學
    1.5 選題依據(jù)及研究內(nèi)容
2 實驗部分
    2.1 實驗原料
    2.2 實驗步驟
    2.3 分析測試設(shè)備
    2.4 數(shù)據(jù)分析方法
3 模型化合物在pyrite作用下的催化熱解研究
    3.1 引言
    3.2 苯基醚類模型化合物在pyrite作用下的催化熱解
        3.2.1 苯甲醚熱解
        3.2.2 苯乙醚熱解
        3.2.3 苯基芐基醚熱解
    3.3 二芳基烷烴類模型化合物在pyrite作用下的催化熱解
        3.3.1 聯(lián)芐的熱解
    3.4 模型化合物在pyrite和四氫萘作用下的共熱解
    3.5 小結(jié)
4 模型化合物在Fe/ZSM-5作用下的催化熱解研究
    4.1 苯基醚類模型化合物在Fe/ZSM-5 作用下的催化熱解
    4.2 二芳基烷烴類模型化合物在Fe/ZSM-5 作用下的催化熱解
    4.3 小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

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