反应条件对哈密煤温和液化沥青质结构和热反应性的影响

沥青质(包括沥青烯和前沥青烯,PAA)作为煤液化的重要产物,其结构和性质对煤的高效液化及其后续利用至关重要。沥青质的结构和性质与液化反应条件密切相关,因此,本研究以四氢萘为溶剂,考察了反应温度、停留时间、反应压力、溶煤比等条件对哈密煤温和液化沥青质(HMPAA)结构和性质的影响。利用元素分析、红外光谱、固体¹³C-NMR等分析了不同温和液化反应条件下所得HMPAA的结构特征;利用TG-MS考察了HMPAA的热解反应性和热解过程中的气体逸出规律。结果表明,HMPAA的收率随反应温度降低、压力升高、停留时间缩短及溶煤比增加而升高。在温度为340℃、停留时间为1 h、压力为3 MPa、溶煤比为2∶1的条件下,HMPAA收率最高,达到35.0%。HMPAA碳结构由脂肪碳和芳香碳组成,其中,芳香碳占80%左右。升高温度有利于哈密煤液化反应向生成芳香化程度更高的HMPAA组分的方向进行;延长停留时间,HMPAA的芳环缩合程度增大;增大溶煤比,HMPAA芳香度和芳环缩合程度均减小;在本研究考察的范围内改变压力对HMPAA结构性质影响不大。HMPAA在250℃左右开始发生热解反应...     

胜利褐煤在合成气/复合溶剂体系下液化性能研究

在合成气(H_2+CO)/复合溶剂(THN+H_2O)体系和氢气/四氢萘(H_2/THN)体系下考察了胜利褐煤液化性能,并对液化产物沥青烯和前沥青烯进行了红外光谱分析。结果表明,合成气/复合溶剂体系下胜利褐煤液化转化率和油产率显著高于H_2/THN体系,当反应条件为H_2∶CO=1∶1(体积比)、THN∶H_2O=1∶1(体积比)、反应温度400℃、初压4 M Pa、时间30 min、催化剂添加量3%(Fe的质量计)和硫铁原子比1.2时,胜利褐煤液化转化率和油产率分别为88.79%和55.47%,比H_2/THN体系分别高出8.00%和7.54%。据此表明,在合成气/复合溶剂体系下,水煤气变换反应产生的氢活性更高,对煤和液化产物前沥青烯具有更好的加氢效果,同时四氢萘的存在稳定了煤热解自由基和溶解分散液化重质产物沥青烯和前沥青烯,这些因素的协同作用提高了煤液化转化率和油产率。实验表明,合成气/复合溶剂体系是一种新的褐煤直接液化技术。     

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。     

煤直接液化残渣的热解特性研究

利用热重、固定床热解和红外光谱技术研究煤直接液化残渣的热解特性及热解产物分布、组成和性质,考察了热解回收油品的适用条件。结果表明,450℃~500℃下神华煤液化残渣(SHR)和胜利煤液化残渣(SLR)热解油产率分别约为32%和20%,450℃后升高温度对油产率影响不大,但会使热解油中沥青烯(A)含量增加。SHR的热解油主要是己烷可溶物组分(HS),与SHR中HS结构相似。但SLR的热解油中A组分含量接近50%。SHR中的HS组分在热解时的聚合并不明显;而SLR中的HS组分在热解过程中伴随明显的聚合,导致热解油中含有大量的沥青烯。在400℃~500℃,两种残渣中A均有向热解油转化的趋势,而且SLR中A组分表现出了较大的逸出能力。但从热解产物组成分布分析,A的逸出还是少量的,一部分分解产生油品,一部分与前沥青烯和四氢呋喃不溶物(THFIS)一起形成了半焦。     

煤基前沥青烯的FeS+S催化加氢动力学研究（英文）

为了优化煤直接液化工艺条件和提高油收率,本研究利用30 m L高压管式反应釜研究了煤直接液化重质产物前沥青烯加氢液化行为,考察了Fe S+S催化剂下反应温度(380、400、420和440℃)、液化时间(0、5、10、20、30和60 min)、5.0 MPa氢初压和四氢萘溶剂条件下前沥青烯液化转化行为,同时考察了前沥青烯的催化加氢液化反应动力学。利用集总动力学法建立了FeS+S催化前沥青烯加氢的动力学模型。研究表明,前沥青烯加氢直接生成沥青烯和焦渣,而沥青烯进一步加氢裂解生成油和气,高温下发生明显的逆向缩合反应,即前沥青烯生成焦渣和沥青烯生成前沥青烯。温度和反应时间的增加有利于提高前沥青烯的转化率和油气收率,440°C下反应60 min时,前沥青烯的转化率为79.45%,油气收率为34.7%。380-440℃温度下,动力学模型能够较好地描述小龙潭液化产物前沥青烯的加氢转化行为,各步转化均符合Arrhenius表观活化能公式,并且活化能变化为50-245 k J/mol。     

SO_4~(2-)/ZrO_2固体酸催化神华煤直接液化反应性研究

通过间歇式加氢液化实验,考察了THN溶剂中液化温度、液化时间、氢气初压以及催化剂用量等反应条件对SO42-/ZrO2固体酸催化神华煤液化性能的影响,并基于产物分布和IR光谱表征,探讨了SO42-/ZrO2固体酸催化神华煤液化反应性及催化作用。结果表明,提高液化温度有利于煤催化加氢裂解,提高转化率和油气收率;增大氢气压力能够促进煤向沥青烯与前沥青烯等中间产物转化,但不利于生成液化油气;延长反应时间有利于前沥青烯加氢裂解,提高液化油气收率;SO42-/ZrO2固体酸的催化作用主要表现为对煤大分子结构的催化裂解,转化率和油气收率随催化剂用量增加而增大。此外,提高液化温度和氢气初压有利于含氧结构转化。     

钼酸胺催化剂对煤-油共处理反应性的影响

用共振搅拌反应器研究了钼酸胺催化剂对煤-油共处理中煤总转化率及产物的影响。研究表明，低温时(390 ℃)，催化剂能促进前沥青烯向小分子苯可溶物转化；高温时(480℃)，有催化剂时煤的转化率低于无催化剂时煤的转化率，而且在产物中苯可溶物产率与前沥青烯产率全部减少，说明产物发生了缩聚反应。在高温时(390 ℃)随反应时间的延长，煤转化率下降，同时在产物中苯可溶物产率与前沥青烯产率呈下降趋势。反应温度越高，反应时间越长，缩聚越严重。反应体系有供氢溶剂不能抑制缩聚反应。     

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。     

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。     

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。     

宝日希勒褐煤在合成气与复合溶剂系统下的液化性能研究

在合成气（CO+H₂）与复合溶剂（水+有机溶剂）液化系统下研究了气氛、温度、催化剂类型对宝日希勒褐煤转化率、油气水产率和CO转化率等液化特征的影响,从而探讨其液化性能。结果表明,在高含水复合溶剂系统中,合成气气氛、反应温度430-450℃适宜宝日希勒褐煤液化转化,转化率可达到81.15%,油气水产率达到71.53%。该液化系统下,含铁、碱和硫复合型催化剂能有效地提高液化转化率和油气水产率,在430℃催化液化下褐煤转化率达92.27%,油气水产率达79.39%。该催化剂有效促进了煤中大分子的裂解和系统中水煤气变换反应进程,沥青质减少,油含量增多。液化油中多环芳烃衍生物在催化液化过程中向单环芳烃衍生物和烷烯烃转化,分子量降低,提高了油品质量。     

煤直接液化残渣溶剂萃取组分的热解行为研究

利用热重技术和固定床热解/在线质谱检测技术研究了残渣萃取组分重质油(HS)、沥青烯(A)、前沥青烯(PA)和四氢呋喃不溶物(THFIS)的热解特性,并尝试探讨了各萃取组分的热解行为与加氢行为之间的关系。研究结果表明,残渣中各萃取组分的加氢转化能力与其热分解能力有关。四种组分在SHR加氢液化产生的正协同作用的原因,在于各萃取组分之间的相互作用导致了HS和A族组分中的某些低温挥发组分,在较低温度区间不挥发逸出,而在较高温度区间裂解,迎合了加氢液化对自由基碎片的需求。但PA的存在有利于缩聚反应的发生,可促进裂解产物的再聚合,从而对加氢液化产生不利影响。     

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.     

小龙潭褐煤不同气氛下液化性能的研究

根据褐煤含水量高的特点,研究了以水为溶剂,不同气氛条件下小龙潭褐煤的液化行为。结果表明,小龙潭褐煤具有较好的液化活性,在420℃,H₂气氛下以四氢萘为溶剂时煤的液化转化率可达到94.5%。煤液化过程中,稳定热解产生的自由基活性氢主要来自于供氢溶剂,而气相H₂不具活性,不能直接为液化过程提供活性氢。当以水为溶剂取代四氢萘进行褐煤直接液化时,相对于H₂和N₂气氛,CO 气氛下表现出较好的液化性能。这表明发生了水煤气变换反应并生成了活性氢,该活性氢可以使得煤热解产生的自由基稳定,生成低分子的液化产物,提高了液化转化率。由于在较低的CO初压下反应生成的活性氢数量有限,因而液化转化率不高。实验表明,以水为溶剂在CO气氛下进行褐煤的液化是一种新的褐煤直接液化技术。     

水热处理对神华煤质的影响

结合水热处理煤的元素、灰分、挥发分分析以及IR光谱研究，讨论了水热处理对神华煤溶胀、抽提及液化性能的影响。结果表明，较高温度下水热处理存在明显的加氢作用，H/C摩尔比高于原煤；水热处理具有脱挥发分和脱灰作用，水热处理温度升高挥发分降低，灰分增加；水热处理的气态产物主要是CO2，250℃以上产生CO和CH4，其中CO2产率不受水热处理温度影响，CO和CH4产率则随水热处理温度升高而增加；水热处理降低了神华煤的溶胀性能，CS2/NMP混合溶剂抽提减小了抽余物在NMP溶剂中的溶胀度；适当温度水热处理能够提高CS2/NMP抽提率，但是索氏抽提性能有所降低；250℃~300℃水处理能够提高液化转化率，但是油气收率低于原煤，前沥青烯收率显著高于原煤。IR光谱分析表明,水热处理改变了煤分子中氢键等非共价键作用，其中较高温度水热处理将导致醚键、酯键等弱共价键水解和芳环侧链的断裂。     

KOH对超临界水中褐煤连续制氢的影响

采用连续式超临界水反应装置,以20%的水煤浆为反应原料,考察了不同KOH/煤质量比、温度、压力对褐煤制氢过程的影响。实验结果表明,在水煤浆中添加KOH可以提高碳气化率及H2的体积分数和产率,在600℃、25 MPa、KOH/煤质量比为4.1%时,与未加KOH相比,气相产物收率由29.6%提高到49.5%,碳气化率由23.0%增大到31.5%;H2的产率由135.4 mL/(g daf coal)提高到239.1 mL/(g daf coal)。随着温度的升高,H2产率逐渐增大,650℃时达到287.8 mL/(g daf coal),是500℃时的5.4倍;高温、高压下,KOH对煤气化过程的催化作用更为明显。     

连续式超临界水反应器中褐煤制氢过程影响因素的研究

建立了煤处理量为1kg/h的连续式超临界水反应装置并实现稳定运行,考察了反应温度（500℃～650℃）、反应压力(20MPa～30MPa)、水煤浆浓度(20%~50％)以及KOH添加量对小龙潭褐煤在超临界水中连续化制氢的影响。实验结果表明,反应进行20min后连续装置达到稳定运行状态。反应温度和KOH添加量是影响超临界水中褐煤制氢的关键因素。随着反应温度从500℃提高到650℃,氢气的体积分数与产率分别由11%和25mL/g增加到29%和110mL/g。添加0.5%KOH可明显提高碳气化率以及氢气的产率,但随着KOH加入量进一步增加,氢气产率增加的幅度减小。随着压力增加,甲烷产率有升高的趋势,氢气产率变化不大,提高水煤浆的浓度,碳气化率降低。