煤焦表面官能团对甲烷裂解的影响

采用石英管固定床反应器,考察了1 123 K,CH_4/N_2=1∶4的状态下,煤焦表面官能团对甲烷裂解的影响。煤焦表面主要含有羟基、羰基和醚键等官能团,分别通过氢氧化钡、苯肼和碘化氢溶液对煤焦表面进行化学处理,除去煤焦表面相应的官能团,研究处理后煤焦的催化活性,得出煤焦中官能团对甲烷裂解的影响。氢氧化钡处理煤焦后,煤焦中部分羟基被氢氧化钡消耗,甲烷初始转化率和氢气初始收率分别为90.5%和65.2%,说明煤焦中的羟基不利于甲烷的裂解。通过苯肼处理煤焦中羰基并使之转化,甲烷初始转化率和氢气初始收率分别为55.4%和42.9%,说明煤焦中的羰基对甲烷裂解有利。碘化氢处理煤焦后,煤焦中的醚键转化成羟基,甲烷的转化率和氢气收率都明显下降,说明醚键的存在对甲烷裂解同样有利。随着反应时间的延长,甲烷的转化率和氢气的收率降低,催化剂逐渐失活。反应前后煤焦电镜扫描照片表明,甲烷裂解生成的积炭沉积在煤焦表面,堵塞煤焦的孔道,煤焦的比表面积减小,催化活性降低。     

甲烷在活性炭上裂解制氢研究

在连续流动石英固定床反应器上研究了甲烷在活性炭上裂解制氢的反应，并对反应前后活性炭的比表面积以及孔径分布等的变化进行了测定。结果表明，甲烷在五种活性炭上的裂解行为基本相同，反应初期转化率最高，随着反应进行转化率逐渐降低直至一个平稳的状态；降低甲烷分压和增加甲烷与活性炭的接触时间可提高甲烷转化率；温度的升高有利于初始转化率的提高，但不利于活性炭的稳定性；反应后活性炭比表面积、孔容及微孔孔容都明显降低，平均孔径增大，孔径分布向中孔方向迁移，说明甲烷的裂解导致了活性炭孔特别是微孔内的炭沉积以及进一步的孔堵塞。     

乙烯在煤焦及石英砂床层上裂解实验研究

以石油炼制过程中产生的炼厂气与煤共转化利用为背景,采用小型石英管固定床反应装置,在850℃～1000℃下,对乙烯在空床、彬县煤焦以及石英砂床层上的裂解反应进行了研究。结果表明,乙烯裂解产物包括氢气、甲烷、乙烷及裂解炭,反应温度越高,裂解越彻底,生成的氢气越多;850℃～950℃时,乙烯在彬县焦上初始转化率最高,随着反应的进行逐渐降低到一个较低的平衡值,并且与在石英砂上裂解结果接近。这说明新鲜彬县煤焦对乙烯裂解呈现良好的催化作用,但随着反应进行其催化活性由于裂解生成的炭沉积在煤焦表面而逐渐丧失。1000℃时乙烯在石英砂上和空床裂解转化率均可达到94％,即在此温度下乙烯无需催化剂通过热作用即可接近完全裂解。     

Fe的分散程度对煤焦催化加氢气化的影响

在加压固定床反应器上研究了Fe催化剂在不同比表面积煤焦中分散性对催化加氢气化性能的影响,利用XRD、BET、H₂-TPR、FT-IR、TEM、拉曼光谱对煤焦及催化剂进行了分析表征。结果表明,煤焦活性位点和石墨化程度并非影响催化气化反应的唯一因素,而催化剂的分散性对反应影响更大。煤焦的比表面积越大,Fe催化剂在煤焦表面的分散更均匀,催化剂活性组分平均晶粒粒径越小,并可以促进煤催化加氢气化中间相产物Fe₃C的生成,甲烷收率越高。对于比表面积较高的900-char,在氢气压力为2 MPa,温度为750 ℃,Fe负载量为5%（质量分数）时,催化加氢气化甲烷收率可达53%。在900-char上考察了Fe催化剂负载量对催化加氢气化的影响,甲烷收率呈先增加后降低的趋势,Fe负载量存在饱和点。     

催化裂解甲烷制备氢气和碳纳米纤维

采用浸渍法制备了Ni/MgO与Ni/O-D(氧化金刚石)催化剂,分别研究了反应温度和空速对甲烷催化裂解转化率的影响,并利用XPS、SEM、EDS等测试技术对催化剂进行了表征. 结果表明,33Ni/O-D和41Ni/MgO分别在500与650 ℃能长时间维持其催化活性,前者在150 min内的甲烷转化率＞8%,后者则在120 min内的甲烷转化率＞25%;甲烷初始转化率随裂解反应温度升高而增大,但温度过高导致催化剂迅速失活;降低空速有利于提高甲烷的转化率,但却会降低氢气产量;甲烷裂解生成的碳产物形貌取决于载体和催化反应条件,较低温度(500和550 ℃)下,Ni/O-D表面的裂解碳呈现出纤维状,在650 ℃以上则表现为板结颗粒堆积并将Ni完全覆盖,但该温度下的Ni/MgO表面仍能形成碳纤维,并随空速降低存在直径增加的趋势.     

褐煤催化加氢气化实验研究

在加压固定床反应器中研究了碱金属K对褐煤加氢气化的催化作用,考察了温度、压力和催化剂添加量对褐煤加氢气化反应性能的影响。结果表明,碱金属K对褐煤加氢气化具有良好的催化效果,气化反应的碳转化率约为95%,产品气中甲烷的质量分数可达89%;升高温度、提高压力和增加催化剂添加量均能明显提高气化反应性能,催化剂的饱和添加量约为15%。利用扫描电子显微镜(SEM)和气体吸附/脱附分析,对不同催化剂添加量煤样的表面形态和孔结构进行分析,发现比表面积和孔容积随K添加量的增加先减少后增大。     

褐煤煤焦“一步法”制天然气双功能催化剂Fe-Ni/ATP性能研究

以Fe-Ni/ATP为催化剂,在小型固定床反应器上考察其在褐煤煤焦"一步法"制天然气过程中的催化性能。结果表明,在2 MPa、650℃反应条件下,Fe4Ni2/ATP4具有较好的催化气化和甲烷化性能,甲烷选择性为24.75%,较Fe4/ATP6的选择性提高了58.76%;且在五次循环实验过程中,碳转化率和CH4时空产率保持稳定,具有较高的稳定性。载体ATP中的CaO具有明显的气化催化效果;Fe与水蒸气反应生成的H2可快速提高反应器内H2分压,促进煤焦直接加氢甲烷化和CO甲烷化;Ni降低了催化剂的还原温度并形成铁镍合金活性组分,提高了催化剂的甲烷化催化性能。     

煤与甲烷共转化过程中煤焦二氧化碳气化动力学研究

以煤与甲烷共转化为背景,运用热重方法进行了由煤焦、甲烷和二氧化碳组成的共转化反应体系中碳的反应动力学研究。在1173K~1273K考察了温度对碳转化的影响。结果表明,该反应体系中碳的表观反应速率比煤焦的纯二氧化碳气化速率慢一倍左右,且表观上碳不能完全被气化。通过改变甲烷和二氧化碳的比例考察了气相组成变化对共转化反应中碳转化速率的影响,发现甲烷浓度的增加和二氧化碳浓度的减少都会降低碳的转化速率,且随着甲烷浓度的增加,表观上碳最终所能达到的转化率也会降低。通过数据分析发现,该反应适合采用均相反应模型进行描述,关联得到其表观活化能为312.4kJ/mol,甲烷的反应级数为-0.13,二氧化碳的反应级数为0.3。     

甲烷和二氧化碳在煤焦上反应制备合成气实验研究

以煤与甲烷共转化制备合成气的研究为背景,通过考察固定床反应器上甲烷和二氧化碳分别在石英砂、煤灰和煤焦上的反应过程,证实了煤焦中的碳结构在共转化过程中对甲烷转化具有催化作用。同时考察了反应温度（1073K～1223K）、CH₄/CO₂比（0.33~3.00）和气固接触时间等工艺条件对甲烷转化率、气相产物中H₂/CO比的影响。结果表明,甲烷的转化率随着反应温度和气固接触时间的增加而增大,随CH₄/CO₂比的增加而减小。在考察范围内甲烷的转化率最高达到了86%。反应物中CH₄/CO₂比的改变可以起到调节产品气中H₂/CO比的作用,0.4~2.0调节。     

褐煤半焦直接加氢制甲烷反应特性及其孔结构和表面形态变化

在高温高压(1 000 ℃、12 MPa)固定床反应器上对内蒙古褐煤半焦的加氢甲烷化反应特性进行了研究,采用氮吸附和扫描电镜(SEM)对甲烷化残渣比表面积、孔结构和表面形态进行了表征。结果表明,半焦加氢甲烷化可分为加氢热解、快速加氢和慢速加氢等三个反应阶段,每阶段分别发生含氧官能团和烷基侧链加氢反应、芳环结构加氢反应以及贫氢骨架碳结构加氢反应。半焦加氢甲烷化最优反应温度为800 ℃,反应压力为3.0~4.0 MPa;提高升温速率可以缩短前段(碳转化率低于46%)反应过程时间,对后段(碳转化率高于46%)反应过程影响较小。半焦甲烷化残渣的吸附-脱附等温线呈反S型,滞后环呈H3回线形状;在甲烷化反应过程中,半焦平均孔径先减小后增大,总孔容积和介孔容积逐渐增大,微孔容积和比表面积先增大后减小。     

两段式固定床反应器中焦油脱除的实验研究

通过两段式固定床反应器实验,研究了热裂解、部分氧化和炭层转化三种方法对焦油脱除的效果,并研究了生物质种类、反应温度、停留时间、生物质焦的粒径及种类等因素对热解焦油的脱除和转化规律。结果表明,随着温度的升高,三种脱除方法中焦油生成量下降,且降幅逐渐减小,实验过程中无论采取何种方法,都难以将焦油完全脱除;部分氧化和炭层转化对焦油的脱除效果都较相同温度条件下的热裂解要好,且在焦油脱除效果上,炭层转化>部分氧化>热裂解;联合部分氧化和炭层转化可达最高的焦油脱除效率,三种生物质热解焦油经1 000 ℃联合脱除后产量分别为,稻秆0.43%、玉米秆0.61%和杉木屑1.15%,转化率分别达到98.28%、97.23%和96.29%;相同实验条件下稻秆的热解焦油最容易脱除,这与其物料中含氧量较高有关;生物质焦种类对焦油的脱除效果影响较小。     

Synergistic effects on co-pyrolysis of lignite and high-sulfur swelling coal

Co-pyrolysis of a lignite coal and a bituminous coal was carried out on a fixed-bed reactor. The lignite was enriched with calcium, and the bituminous coal featured in high sulfur and strong swelling. Experiments were also conducted for the blends using the acid-washed lignite and/or the acid washed bituminous coal to address the influences of calcium in the lignite on the synergistic behaviors. Calcium in the lignite exhibited some aspects of synergy including the catalytic cracking reactions of tar, the retention of sulfur in the char, and the catalyzed polyaromatization and gasification of char. These synergies impacted the differences in the product distribution and gas composition between the co-pyrolytic results and the additive ones. Moreover, there appeared to be a synergistic effect on the cross-linking reaction of volatile matter, resulting in an increase in the char yield irrespective of coal demineralization. The co-pyrolysis was also observed to destroy the swelling of coal. This synergistically increased the tar yield due to less resistant escaping of tar from the intra-particles of coal.     

CATALYTIC CRACKING OF LIGHT ALKANES IN THE PRESENCE OF O_2 AND SELECTIVE CONTROL OF OLEFIN PRODUCTS

lntroductionThesmallolefinslikeethylene,propeneandbutenearethec0mmerciallydesirablepetrochemicalfeedstocksandarefoundincreasingusageinchemicalindustry.Theyareusuallyobtainedfromthepyrolysis0fpetroleumhydrocarb0nswithsteaInatveryhightemPeratUreandarealsoavailablefromFCCprocess.TheimProvedFCCcatalystforeIhancingtheolefinproducthasbeenreportedll].However,FCCisalrnostimPossiblefortheshortchainalkanefeedstockscutfrompetroleum0robtuinedfromrefinerygasornatUralgassincecrackingofhydrocarbonsbeco…     

共热解过程对褐煤焦和生物质焦氧化特性的影响

以锡盟褐煤和玉米秸秆为原料,利用固定床程序升温热解的方法制备了褐煤焦、生物质焦以及褐煤和生物质不同混合比例的共热解焦样,并进行了孔结构和化学结构的表征以及其灰成分分析。采用等温热重法在450 ℃下考察褐煤焦和生物质焦的混合样与其相同比例的共热解焦样的氧化活性,对比分析共热解过程对焦样反应活性的影响。实验结果表明,共热解过程中的二次反应对焦样结构有着明显的影响,进一步导致其反应活性下降。尤其是生物质添加量低于50%时,由于共热解过程生物质中大量挥发分的释放增强了其与半焦的二次反应,促使新生焦中部分小于五环的有机结构向更大的结构转化。但生物质添加量大于50%时,生物质焦的反应活性起主导作用,焦样中碱金属和碱土金属催化作用较明显,特别是钾的影响,使得共热解过程中挥发分与半焦的二次反应对其结构及反应性的影响减弱。