煤加氢液化铁催化剂的穆斯堡尔谱研究——Ⅰ.铁硫化物在加氢反应中的转化及活性机理

通过对铁硫化物催化剂及其液化残渣的穆斯堡尔谱测定,研究黄铁矿FeS_2在四氢萘(H_2气氛)中的热分解。由此制备得不同硫含量的铁硫化物催化剂,考察了它们在加氢液化过程中的转化及催化活性。     

煤加氢液化研究—沥青烯的加氢裂解

在快速升温和冷却的共振搅拌反应器中,以四氢萘为溶剂,对用山东滕县煤制备的沥青烯进行了加氢裂解试验。反应条件如下:反应温度380—430℃,氢初压9.0MPa,名义反应时间0—27min。试验结果表明,沥青烯加氢裂解的初始阶段为一级反应。计算了初始阶段的反应速度常数和表观活化能;加预硫化Ni-Mo催化剂(3673)时△E为140kJ/mol,不加催化剂时△E为174kJ/mol,与文献结果一致。试验还比较了3673、氧化铁、硫铁矿、德国赤泥和海南岛铁矿等催化剂对沥青烯加氢裂解的催化活性,其顺序为3673(预硫化)>Fe_2O_3 S>Fe_2O_3 Al_2O_3 S,德国赤泥 S,硫铁矿>海南岛铁矿 S。     

褐煤的EDA—DMF萃取和加氢液化性能

考察了三个褐煤样品的乙二胺（EDA）－二甲基甲酰胺（DMF）萃取物的收率及其组成结构与加氢液化性能的关第。结果表明，萃取率、液化转率 及沥青质产率之间有较好的相关性，且三者均随煤化程度的增加而减少。EDA－DMF萃取物中富集了含短 链烷基取代基的芳香族复杂酯（西边）类低分子化合物。推测在液化初期褐煤中－O－和＞C＝O的裂解和加氢可能起着重要的作用。     

煤加氢液化残渣的流变特性研究

采用从煤直接液化实验装置取得的液化残渣，研究了它的流变性及温度和油、沥青质、固体含量对其流变性的影响。液化残渣是剪切变稀的非牛顿型假塑性流体，非牛顿指数随温度升高而不断减小，温度越高越接近牛顿流体行为。液化残渣对温度非常敏感，在升温过程中其表观黏度下降很快，且没有出现黏度峰。在液化残渣中加入少量的循环油后其表观黏度大幅下降；而在加入少量沥青质后则表现出低温下黏度变大，高温下黏度变小的现象；固体含量则始终是黏度增大的因素，表明其黏度与油、沥青质和固体含量关系密切。液化残渣的黏度－温度关系符合Arrhenius关系式，但在升温过程中出现了拐点，低温段的黏流活化能比高温段的要大。     

煤加氢液化产物的分离分析及其化学特性

本文对煤加氢液化产物用三种方法分离,并采用液相色谱、核磁共振波谱等对其进行各种参数的测定。从结构解析出发,比较了几个烟煤液化过程中产物的特性变化及可能发生的一些化学反应。结果表明,加氢液化过程中,三种烟煤所得油品主要由三环以下芳烃组成。反应温度升高,油品中H/C原子比增加;结构参数H_(a1)、σ增加,且f_a下降;族组成中低环芳烃增加,多环芳烃减少,饱和烃有所增长。表明在液化过程中发生了以芳香烃加氢饱和化为主的反应。在试验体系中,反应温度与煤浆流量相比,前者是影响油品提质的主要因素。液化油组成与所选择的工艺条件有关,并不随所用煤种发生明显变化。     

马家塔煤及其显微组分的加氢液化特征

用Fe2O3作催化剂,硫黄为助催化剂,脱晶蒽油为循环溶剂,在反应温度为450度,初始氢压为10MPa,反应时间为60min的实验条件下,在微型高压釜内对马家塔原料煤及其显微组分的加氢液化特征进行了系统研究,镜质组的液化反应性高于惰质组,在原料煤,镜质组和惰质组这三种实验原料中,原料煤的液化反应性是最高的,对总转化率和油收率而言,原料煤＞镜质组＞惰质组,对沥青烯产率而言,原料煤＞惰质组＞镜质组,水产率则是镜质组＞原料煤＞惰质组,气产率为惰质组＞镜质组＞原料煤,原料煤,镜质组和惰质组在加氢液化过程中所产生的气体在组成上也是有所差异的,各显微组分在加氢液化过程中可能存在着协同作用。     

先锋褐煤在离子液体中温和加氢转化研究

对先锋褐煤在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF₄)中于温和条件下(350 ℃)的加氢液化行为进行了研究.主要考察了催化剂FeS、ZnCl₂、AlCl₃和FeCl₃对先锋褐煤在离子液体[Bmim]BF₄中液化性能的影响规律,并对液化产物进行了红外光谱分析.研究发现,先锋褐煤在离子液[Bmim]BF₄、催化剂和四氢萘(THN)作用下具有较好的液化性能.在350 ℃、[Bmim]BF₄和ZnCl₂作用下,先锋褐煤的液化产物产率为66.2%,主要的液化产物为四氢呋喃可溶物(THFS)、四氢呋喃不溶而N-甲基吡咯烷酮可溶的产物(NS).液化产物的红外光谱分析结果表明,催化剂的种类显著影响液化产物的分布和结构.     

煤加氢液化铁催化剂的穆斯堡尔谱研究——Ⅱ.氧化铁在不同反应条件下的转化及催化活性

本文用穆斯堡尔谱学方法跟踪氧化铁催化剂在褐煤液化中随时间的演变过程,同时考察它们在不同S/Fe比系列和不同温度系列中的活性组分及其催化活性。此外,还就超细颗粒进行了探讨。     

用热重分析法研究煤液化油的催化加氢

本文用热重分析方法研究了煤液化油的催化加氢，系统地考察了热重分析的各种操作条件对煤液化油以及它与固体催化剂的混合样品的热重分析结果的影响，并建立了一套条件实验步骤。实验结果表明，当催化剂存在于样品中时，与不含催化剂时相比，煤液化油的失重在低于３００℃时增大，而在大于３００℃时减小；用Ｈ２作为载气时煤液化油的失重比用Ｎ２作为载气时大；催化剂的催化加氢性能与煤液化油的失重之间存在着定性的关联；催化加氢活性最高的催化剂表现出最大煤液化油失重。     

复杂多相体系煤加氢液化反应与氢传递的研究

研究新疆淖毛湖煤(NMH)在四氢萘为溶剂条件下的加氢液化反应行为,探究了液化过程氢传递规律,并借助XRD、饱和磁化强度和扫描电镜表征手段,研究了煤液化条件下铁系催化剂的相态变化对煤液化性能的影响。结果表明,NMH煤在420℃、17 MPa就具有良好的液化效果;催化剂的活性态Fe7S8在煤液化反应初期发挥了催化作用,加氢液化后期,转变为非活性态Fe_9S_(10)和FeS;提高催化剂加氢活性并延长反应时间有利于沥青烯和前沥青烯加氢轻质化;催化剂有利于活化气相氢向煤的热解产物和溶剂转移,也有利于活化溶剂中的氢向煤的热解产物转移;溶剂对液化反应的活性氢贡献更大,约为气相氢的两倍,气相氢向溶剂传递的氢量随温度的升高、压力的增大和时间的延长变化不大,气相氢和供氢溶剂供氢与煤和沥青质向油气转化呈正相关。     

煤加氢液化铁催化剂的穆斯堡尔谱研究 Ⅲ.内蒙红旗褐煤液化中的一种新的活性相——γFe相

用穆斯堡尔谱考察以化学形式结合到煤中的铁催化剂和以物理形式外加等量铁催化剂对内蒙红旗褐煤加氢液化的催化活性,发现残渣中γ-Fe/Fe_(1-x)S比越大,液化产率越高,表明γ-Fe是一种较Fe_(1-x)S活性更高的新的活性相。离子交换煤中的Fe~(3+)离子由于粒度细小,分布均匀,易转化为γ-Fe相,因而具有最高的催化活性。     

铁羰基络合物制备的一氧化碳加氢催化剂的研究

本文采用Ｆｅ＿３（ＣＯ）＿（１２）制备担载型络合物催化剂。采用程序升温反应技术考察了这类催化剂（ＣＯ＋Ｈ＿２）的反应性能，井使用紫外漫反射光谱和穆斯堡尔谱对催化剂进行了表征。经２５０℃和１５０℃还原的Ｆｅ／γ－Ａｌ＿２Ｏ＿３催化剂不仅活性远远高于４５０℃还原的Ｆｅ／γ－Ａｌ＿２Ｏ＿３，而且前者在反应过程中有乙烯和乙烷生成，后者则只有甲烷生成。经２５０℃还原的Ｆｅ／分子筛催化剂的活性高于４５０℃还原的Ｆｅ／分子筛催化剂，而且前者在反应过程中有乙烯、乙烷和丙烯生成，后者则只有甲烷生成。紫外漫反射谱和穆斯堡尔谱结果表明：较温和条件下活化的催化剂上有金属于属键骨架的存在。     

氮化铁催化剂的制备及其苯胺催化加氢性能

用α－Ｆｅ２Ｏ３与氨气程序升温还原方法制备出不同温度氮气的氮化铁系列催化剂。通过ＸＲＤ测试对氮化过程中的晶相转变进行了分析。在中压反应装置上考察了氮化铁系列催化剂上苯胺加氢活性以及反应条件对苯胺加氢反应活性的影响。结果表明，在７００℃氮化制香的氮化铁催化剂显示有较高的苯胺加氢活性，在氢压为３．０ＭＰａ，温度为２５０℃，ｎ（Ｈ２）／ｎ（ｏｉｌ）＝１８，液体空速（ＷＨＳＶ）为０．３ｈ＾－１时，该催化剂     

ZnCl2催化木质素磺酸盐加氢液化的溶剂效应

选用ZnCl₂为催化剂在高压反应釜中进行加氢液化反应,利用GC-MS和红外光谱技术,研究溶剂极性及供氢能力对木质素磺酸盐液化产率及产物的影响。产率分析表明,极性溶剂有利于木质素液化转化,供氢溶剂有利于提高轻馏分产率,水溶剂条件下木质素液化转化率最高,甲醇溶剂体系条件下轻馏分产率最高,相对最低液化转化率及轻馏分产率的1,4二氧六环溶剂体系分别提高2.0倍和1.9倍。GC-MS分析表明,中等极性溶剂有利于中间产物溶解稳定,供氢溶剂四氢萘通过释放氢自由基结合稳定中间产物。乙醇溶剂条件下中间产物相对含量是48.76%,相对最低含量水溶剂体系提高2.2倍。红外光谱分析表明,醇类溶剂参与反应,焦油产物羟基峰强度增强。     

γ射线辐照对煤中自由基浓度变化和电解加氢液化的影响

利用电子顺磁共振(ESR)波谱仪对γ射线辐照前后的煤样进行了自由基的测试,结合气相色谱分析研究了辐照对煤结构的影响,并对辐照前后的煤样进行了电化学测试。结果表明,辐照可以促进煤中大分子烷烃链及杂原子的断裂,并产生氢气、甲烷等小分子量的气体,当辐照剂量为40 kGy时,自由基浓度达到最大。而自由基浓度的增大有利于煤的电解加氢液化,且当辐照剂量为40 kGy时,电流密度达到最大。     

小龙潭褐煤加氢液化及其重质产物结构表征

研究了小龙潭(XLT)褐煤直接加氢液化性能,并利用元素分析、红外光谱和荧光光谱法对液化重质产物沥青烯(AS)和前沥青烯(PA)结构进行了分析表征。结果表明,XLT褐煤液化活性高,FeS催化415 ℃时液化转化率最高达到89.6%,其液化过程主要是煤大分子结构热解并脱氧。所得AS和PA的芳环结构单元类似于原煤,氧主要以羟基和芳香酮羰基形式存在。PA具有"列岛"(archipelago)式大分子结构特征,芳香结构含量明显大于AS。THF溶液中,PA缔合作用显著强于AS,尤其在稀溶液中PA存在一定的分子内缔合。较高温度下所得PA和AS中芳香结构含量高,缔合作用强。     

反应时间对淖毛湖煤加氢液化中间产物自由基浓度影响研究

以新疆淖毛湖煤(NMH)为原料,在间歇高压反应釜中进行加氢液化实验,通过电子顺磁共振波谱仪(EPR)分析了加氢液化过程中间产物-沥青质(PAA)自由基浓度随停留时间的变化。结果表明,在实验温度下NMH煤加氢液化总转化率先升高后降低,在60 min达到峰值96.87%,油产率为53.01%;淖毛湖原煤自由基浓度为2.6654×10~(18)/g,PAA自由基浓度在1.2519×10~(18)/g-1.9121×10~(18)/g,随着反应停留时间的延长先上升后下降,中间产物PAA自由基浓度数值可以反映液化反应进行的程度,与油产率变化趋势一致;反应中间产物PAA的g值小于原煤g值(2.00434),在2.00301-2.00403,在液化加氢过程中其g值呈先上升后下降的趋势,与PAA中N、S、O等杂原子成分的变化一致,与元素分析结果相吻合。