煤基高能量密度燃料的合成及表征

高能量密度燃料是为新型高性能飞行器提供动力保障的关键,其合成及应用研究具有重要的前瞻性和重大战略意义。煤炭是我国的主体能源和重要原料,通过煤直接转化获取的煤基油,充分保留了煤中特有的环状分子化学结构,具有良好的热安定性和较高的能量密度,被认为是高超音速飞行器的优选燃料。以煤直接液化工艺生产的煤液化石脑油馏分为起始原料,通过富集轻质芳烃、化学合成、催化加氢稳定和产物分离提纯等方法制备煤基高能量密度燃料,并对其产物进行分子结构表征和性能评价。结果表明,煤直接液化生产的石脑油馏分是一种优异的催化重整原料,经催化重整富集轻质芳烃后,其轻质芳烃质量分数高达71.05%。Diels-Alder化学合成主产物是由多个封闭环平面组成且具有空间立体构型的二环或三环烃类物质,质量分数为46.18%,因分子内存在较大的张力能,结构紧凑,其拥有更大的密度和体积热值。煤基高能量密度燃料的密度和体积热值分别为0.8990 g/cm3与38.06 MJ/L,均大大超过现行的国内石油基喷气燃料(RP-3和RP-6)、煤基大比重喷气燃料、美国和俄罗斯军用标准。与单一纯物质合成高能量密度燃料(JP-10和T-10)比较,其密度与体积热值偏小。究其原因主要是轻质芳烃的富集度仅为71.05%,需进一步提高其轻质芳烃质量分数。另外,制备的煤基高能量密度燃料种类复杂,其主产物质量分数仅46.18%,下一步可重点调控合成产物的分子构型和纯化分离。     

基于预加氢的煤焦油重质馏分油供氢性能研究

对煤焦油重质馏分油进行预加氢处理,利用红外光谱、核磁共振和元素分析等方法,从分子结构角度深入探讨煤焦油重质馏分油的理化性质和供氢性能的变化规律。结果表明,通过预加氢处理,煤焦油重质馏分油的芳碳率（fa）由加氢前的0.89下降到加氢后的0.80,芳环取代度（σ）由加氢前的0.12提高到0.20,供氢指数（PDQI）由3.21 mg/g提高到4.02 mg/g;预处理后的煤焦油重质馏分油在煤油共炼中的氢耗由4.03%下降到3.74%,转化率和油产率均得到提高,产物油中的沥青质含量明显下降,油品质量有明显改善。     

加压气升式内环流反应器流动特性

在连续进料的操作条件下,选用水、氮气等作为实验介质,在Φ600mm?000mm的耐压不锈钢环流反应器内进行了实验。获得了下降环隙以及中心导流筒气含率的实验数据,并根据所获得的实验数据给出了中心导流筒以及下降环隙的关联式。从能量衡算的角度出发,对中心气升式加压环流反应器进行了理论分析,根据能量平衡推导出了连续操作模式下液相循环速度模型。同时根据实验所获得的数据确定了模型参数,通过计算可以发现,循环液速会随空塔气速以及体系压力的增加而增大,但是液相循环速度不会随着这两个操作工况无限制的变化,当体系压力与空塔气速大于某个值之后,液相循环速度的基本趋于平缓     

中低温煤焦油窄馏分密度和黏度随温度的变化规律

以中低温煤焦油为原料,经实沸点蒸馏切割成17个窄馏分,对每个馏分测定其在不同温度下的密度,得出密度随温度的升高而变小,具有很好的线性关系,经过理论计算和推导,得出体胀系数E和线性系数也呈线性关系。依据每个馏分段在不同温度下的运动黏度,通过计算得出动力黏度,发现动力黏度随着温度的升高而降低,而且符合Vogel关系式。     

煤直接液化制油技术研究现状及展望

煤直接液化制油技术是促进煤炭清洁高效利用、缓解石油供需矛盾、保障我国能源安全的重要途径。为全面了解煤液化反应机理、动力学、催化剂及工艺的全过程,促进煤直接液化技术基础研究的快速进步和新工艺的开发,笔者综述了国内外在煤加氢液化反应机理、反应动力学、催化剂以及液化工艺方面取得的研究成果,重点介绍了德国IGOR、日本NEDOL和我国的神华煤液化工艺,分析了这些典型煤液化工艺的开发历程和特点;指明了煤直接液化制油技术发展趋势。煤的加氢液化反应是自由基反应机理,是一系列顺序反应和平行反应的综合结果,包含煤的热解、自由基加氢、脱杂原子和缩合反应等,总体上以顺序反应为主。借助同位素示踪、原位实时检测、等离子体技术以及微波快速加热技术等现代分析方法和试验手段,重点研究自由基的产生速率、活性氢产生速率及定量传递机理,有助于深入认识和精准阐明煤加氢液化反应机理。各国学者利用不同的研究方法,针对不同煤种、催化剂、工艺条件和供氢溶剂等,建立了各种各样的动力学模型。动力学模型从单组分到双组分和多组分,从连续反应、平行反应到复杂的网络反应,从最初的一步反应到后来较为合理的多段反应,模型越来越复杂,越来越接近工业应用。根据反应阶段不同进行分段处理的多组分"集总"反应动力学模型将是今后煤加氢液化反应动力学发展的主要方向。借助先进分析手段及科学的处理方法,建立真正揭示不同条件下煤液化动力学规律的通用型动力学模型是未来的发展趋势。借助纳米合成、等离子体等高新技术,调控组分配伍、降低催化剂粒径、优化制备方法是制备高活性催化剂的有效手段。强化系统合理配置和优化集成,重视煤的温和液化和分级转化,优化产品结构,发展直接液化-间接液化耦合技术是煤直接液化未来的发展趋势。     

大型加压环流反应器局部气含率及气泡行为研究

为了将环流反应器引入煤炭液化领域,建立了大型环流反应器冷模试验装置.进行了氮气一水体系及其他体系的冷模运转试验,对环流反应器内小同部位的局部气含率进行了比较分析,并考察了压力和气体密度的影响.对反应器内的大小气泡上升速率进行了尝试汁算,得出了有重要意义的结论.     

煤炭直接液化体系高温高压气液相平衡研究进展及模型选择

笔者从气液相平衡基础理论展开并综述了高温高压相平衡计算研究进展，介绍了状态方程法、混合模型法、超额Gibbs自由能-状态方程模型法，并重点介绍了超额Gibbs自由能-状态方程模型法的思路及应用特点。针对煤炭直接液化物系高温、高压、强不对称、强极性、完全非理想体系等特点，与结合传统混合规则的状态方程法及混合模型法相比较，采用超额Gibbs自由能-状态方程模型法能够在更大范围内准确计算和预测煤液化气液相平衡。     

水煤浆的药剂、粒度级配的试验与应用

介绍了DF-02、DF-03分散剂与纳米稳定剂在水煤浆生产中的试验与应用情况，实践证明，较为合理的水煤浆粒度级配对产品质量和生产成本起着重要的作用，采用新型的分散剂和稳定剂，使水煤浆添加剂的用量比以前大幅降低，经济效益显。     

煤炭直接液化油中酚类化合物的分离与利用

酚类化合物是煤炭直接液化产物中具有较高附加值的主要含氧化合物,也是煤液化油酸性物质的主要成分。它不仅对油品的提质加工的技术路线有影响,而且也对煤炭直接液化的经济性具有较大的影响。由于该方面的研究工作尚属起步阶段,借鉴煤焦油和石油系产品中酚类化合物的有关分离与利用情况,结合笔者的研究实践和认识,提出了在煤直接液化油中酚类的分离与利用方面应开展的工作和研究方向。