【摘要】：我國的煤資源儲(chǔ)量相對(duì)豐富,是我國主要的一次能源。以生產(chǎn)焦炭為目的的煤焦化工藝是煤資源利用的重要方式之一,其可副產(chǎn)產(chǎn)量可觀的煤焦油。焦油中含有的苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘(BTEXN)等輕質(zhì)芳烴是重要的化工基礎(chǔ)原料,但煤焦油中輕質(zhì)芳烴的含量相對(duì)較低。為了提高煤焦油中輕質(zhì)芳烴的含量,實(shí)驗(yàn)室前期采用了硅鋁比為50的HZSM-5分子篩對(duì)煤熱解氣態(tài)焦油進(jìn)行催化改質(zhì)。但是,不同硅鋁比的HZSM-5分子篩對(duì)不同煤種的催化改質(zhì)效果有所差異,因此,研究HZSM-5分子篩硅鋁比的改變,即其酸性位的改變對(duì)煤熱解生成BTEXN釋放規(guī)律的影響,并獲得煤種與HZSM-5分子篩催化劑之間的適配關(guān)系,能為煤熱解氣態(tài)焦油催化改質(zhì)的工業(yè)應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)選用褐煤Coal A、氣肥煤Coal B、焦煤Coal C和瘦煤Coal D為研究對(duì)象,分別選用SiO_2/Al_2O_3摩爾比分別為18、25、50、80和150的HZSM-5分子篩作為催化劑。主要利用熱解-氣質(zhì)聯(lián)用儀(Py-GC/MS)在線考察了實(shí)驗(yàn)所用4種煤樣在不同分段熱解溫度下熱解生成BTEXN的釋放規(guī)律,以及不同硅鋁比的HZSM-5分子篩對(duì)不同煤熱解生成BTEXN和酚類化合物產(chǎn)率及組成的影響。并且分析了代表不同煤結(jié)構(gòu)的模型化合物在不同硅鋁比HZSM-5分子篩作用下熱解產(chǎn)物的組成和分布規(guī)律,深入探討了HZSM-5分子篩提高煤熱解生成BTEXN的作用途徑。得到了以下的主要結(jié)論:(1)4種煤樣在分段熱解溫度為500 1000°C下熱解,褐煤Coal A和氣肥煤Coal B在600°C下熱解生成BTEXN總量最高,而焦煤Coal C和瘦煤Coal D在700°C下熱解生成BTEXN的總量最大。這主要與煤化程度相關(guān),芳香度較低的褐煤和氣肥煤中 CH2和 CH3等橋鍵結(jié)構(gòu)含量較高且鍵能較低,在600°C下即能斷裂,從而形成較多的BTEXN。而焦煤和瘦煤的煤化程度較高,需在更高溫度700°C下熱解生成BTEXN。當(dāng)溫度高于800°C時(shí),幾乎沒有BTEXN被檢測(cè)到。(2)HZSM-5分子篩對(duì)煤熱解焦油的催化改質(zhì)效果與其自身酸性位分布、孔結(jié)構(gòu)特性及煤種特性相關(guān)。SiO_2/Al_2O_3比為25,B酸和L酸性位含量較高的HZSM-5分子篩適用于褐煤Coal A和焦煤Coal C熱解焦油的催化改質(zhì),酸性位含量適中的HZ5-50(SiO_2/Al_2O_3為50)分子篩用于氣肥煤Coal B的焦油改質(zhì)過程,而B酸和L酸性位含量最高的HZ5-18(SiO_2/Al_2O_3為18)分子篩則適用于煤化程度更高的瘦煤Coal D。(3)HZSM-5分子篩酸性位的改變會(huì)對(duì)酚類化合物的釋放規(guī)律產(chǎn)生影響。酸性位含量較低的HZSM-5分子篩有利于促進(jìn)褐煤Coal A和氣肥煤Coal B中酚類化合物的生成。然而,在HZSM-5分子篩作用下Coal C熱解生成酚類化合物產(chǎn)量降低。(4)分別代表煤結(jié)構(gòu)中脂肪烴結(jié)構(gòu)、縮合芳環(huán)和C O橋鍵結(jié)構(gòu)的石油醚、蒽和芐基苯基醚,在HZSM-5分子篩的作用下可生成BTEXN等輕質(zhì)芳烴產(chǎn)物。HZ5-50的B酸和L酸性位含量適中,比表面積和孔體積最高,其對(duì)石油醚的催化改質(zhì)效果最好,約較石油醚單獨(dú)熱解生成輕質(zhì)芳烴產(chǎn)率提高了41倍。酸性位含量較高,且分子篩比表面積相對(duì)較高的HZ5-25分子篩可促進(jìn)蒽和芐基苯基醚熱解生成BTEXN。表明在煤熱解過程中,HZSM-5分子篩不僅對(duì)脂肪烴起到了芳構(gòu)化作用,還促進(jìn)了煤熱解大分子碎片裂解反應(yīng)的進(jìn)行。
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【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ522.64;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2147282