艾丁褐煤 SO2-4/Fe2 O3温和催化液化动力学研究

为了研究艾丁褐煤液化反应动力学,通过对煤液化产物进行分级处理,得到SO24-/Fe2 O3催化艾丁褐煤温和液化动力学模型,通过 origin 软件回归出各反应速率常数及相应的表观活化能和指前因子,最后对褐煤温和液化分级反应工艺提出初步设想。结果表明,模型能够较好地模拟动力学试验结果;液化反应中沥青质向酚转化的活化能为267.62 kJ/ mol,该过程对温度较敏感;反应组分的主要转化为油和沥青质,分别占48%和37%;随反应时间的延长,由沥青质转化得到的油和酚的量逐渐增加,由反应组分转化得到的油和酚的量先增加后趋于恒定,在一定时间内,反应组分是直接转化成油和酚的主要来源;沥青质向油的转化是油增加的速率控制步骤,沥青质向酚的转化是酚增加的速率控制步骤,在煤液化工艺流程中,实行分级加氢液化有利于控制、提高油和酚产率。     

神华煤高压釜加氢液化等温反应的动力学研究

在高压釜中对神华液化示范工程用煤进行了450℃等温加氢液化动力学研究,提出了液化反应网络,建立了相应的动力学模型,通过实验求出各反应速率常数.结果表明,在等温反应阶段,可按液化反应动力学性质将煤划分为易转化和难转化两种煤组分;易转化煤组分生成各产物的反应速率顺序为沥青烯组分＞油＞气态产物,其生成沥青烯组分的速率常数是难转化煤组分转化的12.56倍;反应后期沥青烯组分转化为油的速率是油产率增加的主要控制因素.     

内蒙古褐煤加氢液化反应动力学的探索与研究

根据内蒙古褐煤加氢液化反应规律,按照集总的划分规则,提出了反应动力学模型。以一氧化碳为加氢液化气氛、水为液化溶剂,在高压反应釜中考察了不同反应温度下内蒙古褐煤的液化性能,通过灰平衡法计算得到液化产物中的沥青质产率、油气产率、总转化率。依据动力学方程,采用非线性最小二乘法对数据进行优化拟合,得到反应过程动力学参数,从而进一步得到反应的阿伦尼乌斯表观活化能。研究结果表明:在330~370℃,所建立的液化动力学模型能较好地模拟褐煤液化动力学过程;内蒙古褐煤的液化主反应为煤中易反应组分向前沥青烯、沥青烯和油气的转化,其反应速率常数为0.002 4~0.156 7 min-1,表观活化能为64.790~218.071 k J/mol。     

胜利褐煤液化初期反应动力学研究

为研究胜利褐煤在初始阶段的煤液化反应动力学,在可快速升降温的微型高压釜中对胜利褐煤进行了加氢液化反应,得到了反应初期煤液化参数,并对胜利褐煤加氢液化反应初期的动力学行为进行分析。结果表明,虽然反应器升温速度较快,但到达反应温度时,仍有一定量的煤发生了转化,在反应温度440℃、反应时间为0时转化率达到28.12%;在较低温度下,胜利褐煤只发生了部分热解反应,反应后期几乎不再转化,在380℃、反应10 min后转化率已达28%,后续基本不变;随着反应温度的升高,反应转化率、油水产率、气产率等指标增大,反应前10 min增速较快,10~25 min时反应速率减缓,主要是沥青烯组分作为中间产物不断向油转化,速率较低。     

艾丁褐煤直接液化产物中酚类形成影响因素研究

针对艾丁褐煤高氧含量的特征,通过高压釜对艾丁褐煤直接加氢液化进行试验研究,考察了反应温度、催化剂添加量、氢气初压和溶剂含量对艾丁褐煤液化产物酚类物质生成的影响。结果表明,艾丁褐煤直接液化生成酚类物质的最适宜条件为:反应温度430℃,催化剂添加量1%,氢气初压5.0 MPa,溶剂含量50%。各低级酚在总酚中的占比分别为:苯酚0. 39%,邻甲酚0. 51%,间甲酚1.08%,对甲酚0. 97%,二甲酚5. 07%。通过碱抽提煤液化油得到的酚类物质中的低级酚(苯酚+C1phenol+C2 phenol)在总酚中占比10.7%,低级酚主要集中在保留时间为24～33 min,高级酚占比较大,且随保留时间的延长既多又杂;提高反应温度、溶剂含量和催化剂添加量有利于提升总酚产率,促进煤反应生成酚类物质,氢气初压对总酚产率影响不大;提高反应温度和催化剂添加量能提升低级酚在总酚中的占比,使高级酚趋向于反应生成低级酚,提高溶剂含量和氢气初压抑制低级酚在总酚中的占比。煤直接液化工艺流程中,通过加氢反应,在低温分离过程中尽可能达到较高的酚产率,同时通过将高分进行循环,以延长高分的反应时间,提高油产率,即实行分级加氢液化将有利于控制和提高油和酚产率。     

新疆东疆褐煤温和加氢液化富产酚类化学品的研究

为实现褐煤加氢液化富产高附加值的酚类化学品,以新疆东疆褐煤和循环溶剂为原料,在500 mL高压釜中进行了温和加氢液化的过程调控实验。考察了催化剂类型、反应温度和反应压力对氢耗率、气产率、转化率、油产率、沥青质产率及酚产率的影响,开展了温和加氢产物中酚类化合物的分布特征与迁移规律的研究。结果表明:东疆褐煤是一种适合直接加氢液化的优质原料,超强酸催化剂能够弥补反应条件温和带来的褐煤裂解性能的不足,温和液化呈现出良好的反应性能;氢初压对酚羟基迁移规律的影响较小,但对反应温度的影响显著;褐煤温和加氢液化油中的酚类化合物主要以烷基酚形态存在,另有少量的茚满酚和萘满酚。     

胜利褐煤在CO+H_2O系统中液化的研究

在500 mL的间歇式高压反应釜中进行了胜利褐煤铁基催化剂条件加氢液化实验,考察了H2O+CO系统中温度、压力、煤水质量比对总转化率、油气产率和沥青质产率的影响。结果表明,随着反应温度的提高,液化总转化率和油产率增加,沥青质产率降低;随着煤水质量比的增加,总转化率先降低后增加,在1∶1.2处出现拐点,油产率有相同的变化趋势,但低煤水质量比条件下油产率较高,高压有利于加氢液化反应。通过红外、核磁共振分析,证明液化产物中存在大量酚和醇类物质。     

神华煤液化反应初期动力学研究

为研究神华煤反应初期动力学行为,在容积180 m L搅拌高压釜中,使用循环溶剂为供氢溶剂,利用"863"催化剂进行煤直接液化反应。采用传统的集总反应动力学模型,将原料煤分为快反应组分,慢反应组分和惰性组分3部分,并计算各级反应动力学活化能。结果表明:快反应煤向油、气和沥青烯组分(PAA)转化的总反应活化能为279.74 k J/mol,慢反应煤向PAA转化的活化能为57.80k J/mol。在开始的4 min内,煤的转化率及PAA的产率由于煤的热解而迅速增加;在后续4~15 min时,转化率增加缓慢,PAA产率基本稳定,并开始降低,表现出了典型的中间产物的特性。当煤的转化率超过55%时,在氢自由基的生成上,溶解氢将发挥重大作用。     

神华煤液化残渣的加氢反应动力学

在微型反应管中,以神华煤液化残渣为原料,四氢萘为溶剂,在氢初压6 MPa、反应温度425～485℃、反应时间为0～30 min条件下,进行了煤液化残渣加氢实验,研究了煤液化残渣的加氢动力学特性。将氢化产物分为油气、沥青质和四氢呋喃不溶有机质,根据集总概念建立了煤液化残渣的加氢动力学模型,所建模型与实验值吻合程度高。在实验条件下,四氢呋喃不溶有机质向沥青质转化的活化能为147.41 kJ·mol^-1,沥青质向油气转化的活化能为34.81 kJ·mol^-1,沥青质缩合为四氢呋喃不溶有机质的活化能为173.48 kJ·mol^-1。     

不同煤种配煤直接液化试验研究

介绍了不同煤种配煤直接液化试验研究成果;通过试验研究,总结出配煤液化反应过程中,两种煤中间物沥青质产生与转化为油的速率不同,催化剂效用得到了提高,从而提高了液化油产率;试验证明,大有高硫褐煤与天祝气煤配合,其直接液化油产率比两种单煤的液化油产率提高了2%以上,可达到69.66%,有较好的应用前景。     

神东煤不同显微组分加氢液化性能及转化规律

研究了450℃下神东煤不同煤岩显微组分的加氢液化性能，从动力学角度探讨了其转化规律．结果表明：神东煤镜质组和壳质组的转化速率为惰质组的近2．6倍，镜质组和壳质组生成油和沥青烯的速率为惰质组的近2．9倍．未反应煤中主要是惰质组，镜质组和壳质组转化为油及沥青烯的比例高于惰质组．     

新疆东疆褐煤直接加氢液化特性

为实现新疆东疆煤的清洁高效利用,对新疆东疆褐煤进行煤质与组成分析,以新疆东疆褐煤与加氢溶剂为原料,在500 m L搅拌式高压釜中进行加氢液化的过程调控试验,考察了反应温度、反应压力和停留时间对氢耗率、气产率、转化率、油产率、沥青质产率的影响规律,探究了不同工艺参数对液化性能及各类产物分布的内在作用机制,进行了0. 01 t/d连续试验的验证,并深入解析了液化初级油品的结构组成特征。结果表明,新疆东疆褐煤液化活性组分高达90%,具有高挥发分和高H/C原子比的煤质特征,在反应温度430℃,反应压力15 MPa和60 min的缓和反应条件下,煤的转化率高达94%,油产率57%,依然呈现出与传统反应条件(反应温度450℃,反应压力17 MPa,反应时间60min)相当的反应性能和液化效果,是一种适宜直接加氢液化的优质原料,反应条件的缓和使反应器温控更加平稳,有利于降低大型液化设备的能耗。过程调控表明,反应温度升至430℃,有效促进了煤和沥青质向油和气的转化,导致转化率和油产率增加;高氢压有利于氢气在液化体系中的溶解,有利于稳定自由基碎片,增强了沥青质中稠环芳烃加氢向小分子的转化; 30 min新疆东疆褐煤已呈现出良好的液化效果和反应性能,时间延长至90 min,铁系催化剂的活性相Fe7S8在加氢液化反应过程中逐渐转变为Fe9S10,甚至是FeS等非活性态,催化能力明显降低,引发了沥青质的缩聚反应,导致沥青质产率升高,转化率和油产率下降。0. 01 t/d新疆东疆褐煤连续试验获得的直接加氢液化初级油保留了煤的一些结构组成特征,具有高密度、高芳烃、高氮低硫的特点,220℃馏分油20℃密度为851. 2 kg/m~3,220～350℃馏分油20℃密度为953. 5 kg/m-3,2种馏分初级油的主要组成为单环芳烃,均为60%左右,这是由多环芳烃易加氢生成单环芳烃,而单环芳烃加氢或开环反应较为困难所致。220℃馏分油氮含量为2 500×10~(-6),220～350℃馏分油氮含量为4 800×10~(-6),均比各自的硫含量高一个数量级。     

陕西神华烟煤直接液化反应动力学模型

采用文献发表的神华烟煤间歇高压釜液化反应实验数据,将煤液化反应分为升温阶段和恒温阶段,建立了相应的动力学反应模型.通过使用BFGS变尺度优化算法,获得了模型的动力学参数.结果表明,在液化反应升温阶段即液化初期,油和气体主要是由煤直接反应得到的,而非由前沥青烯与沥青烯二次转化而来的.在恒温阶段初期,易反应组分C1主要转化成前沥青烯与沥青烯,在恒温阶段后期,油和气主要是由前沥青烯与沥青烯转化而来.两阶段模型计算值与实验值的平均相对误差分别为4.04％,3.37％,模型拟合良好.模型假设在恒温阶段开始时煤中难反应组分C2部分归为活性较高的易反应组分C1,这使得优化拟合效果大幅改善.     

煤焦油沥青质加氢转化动力学

在反应温度为350～410℃,反应时间为30～150min条件下,于高压反应釜内对煤焦油进行催化加氢实验,开展沥青质加氢转化动力学研究,构建沥青质、油、焦炭和气体之间四集总反应动力学模型,根据实验数据拟合一系列动力学参数。结果表明,在催化加氢反应条件下,煤焦油沥青质转化率高达62.1%,主要转变成油相。在沥青质加氢转化动力学模型中,气体、油相和焦炭生成均近似符合一级反应动力学模型。沥青质转化反应活化能较低为44.027 kJ/mol,说明催化加氢反应条件有利于沥青质加氢裂解反应。沥青质转化成油相、气体和焦炭3个平行反应中,活化能分别为76.250,64.107和55.418 kJ/mol,说明在本研究的催化加氢反应条件下,提高反应温度有利于沥青质往油相生成方向进行。     

固体酸催化新疆褐煤直接加氢液化研究

为了实现褐煤温和加氢液化联产高附加值酚类化学品,研制了1种新型固体酸催化剂,可以弥补反应条件缓和带来的褐煤大分子结构单元桥健断裂的裂解性能不足,进行了固体酸催化剂的物性表征和活性评价,考察了催化剂类型对褐煤温和加氢液化性能和产物分布的影响规律,探讨了固体酸催化剂用于褐煤温和加氢液化的可行性,并与传统液化进行了比较。结果表明:固体酸催化剂粒径减小,出现了强酸中心,在430℃和15 MPa反应条件下,转化率和油产率与传统液化相当,低级酚产率增加了1.5%,气产率降低近4%,这种固体酸催化剂有利于实现褐煤加氢液化的节能减排增效和产品结构优化,是一种值得关注和深入研究的煤直接加氢液化催化剂。     

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。     

甲烷气氛下铁基催化剂对低阶煤温和液化的影响

针对煤直接液化的高温高压苛刻反应条件和高昂的氢气成本问题,通过降低煤液化反应温度、压力和更换供氢气氛等方法来优化工艺过程。选用四种铁基催化剂研究低阶煤在甲烷气氛下温和液化的反应特性,研究结果表明：神华黑山长焰煤HS在温度350℃、初始压力3 MPa的甲烷气氛下液化产物为轻质气体、液化油和沥青质;以FeSO₄为催化剂时沥青质的产率最高达到8.03%,并将煤液化的转化率提升了6.10%;以FeS为催化剂时油气产率提升了3.48%;助剂硫元素的加入对煤液化反应总转化率的提升有着重要作用;Fe粉、Fe+S和FeS催化剂的加入有助于提升煤液化油中单环芳烃的含量。     

惰质组含量对上湾煤液化性能的影响

对不同惰质组分含量的上湾煤样进行了高压釜煤液化实验。在反应温度440～465℃,氢初压7～11 MPa条件下,研究了5种不同惰质组含量的上湾煤的液化性能。结果表明:在反应温度为440～465℃内,随着温度的升高,除惰质组含量最高的5号煤样在温度高于465℃时转化率开始下降以外,其余不同惰质组含量的4种煤的转化率、油产率、气产率和氢耗均随着温度的升高而增加,沥青烯产率随温度的升高而减小;随着氢初压的增加,不同显微组含量的煤的转化率和油产率增加,沥青烯产率减小。惰质组含量越高,煤的转化率和油收率越低。     

煤液化油中酚类化合物分布特征研究

采用气相色谱/质谱联用研究分析了胜利褐煤在0.1t/d直接液化连续实验装置上所得煤液化油中酚类化合物的分布特征.实验通过碱液洗涤法富集煤液化油中混合酚组分,并对该组分进行衍生化处理,以提高色谱柱对混合物的分离性能.以混合衍生物为主要分析对象,共定性出煤液化油中134种个体酚,分属于苯酚、茚满酚、萘满酚和萘酚等四种类型,且绝大多数酚类化合物都带有烷基侧链.苯酚类化合物数量最多,在混合酚组分中含量最大,其次为茚满酚和萘满酚.萘酚类化合物的数量最少,相对含量最小.     

神东煤富惰质组加氢液化反应动力学的研究

在间歇式高压釜中对神东煤惰质组富集物进行了450 C等温加氢液化反应动力学的研究,提出了富惰质组的反应机理,建立了相应的动力学模型,通过实验求出各反应速率常数.结果表明,在450 C时,富惰质组的总转化速率为0.009 7 min-1,其生成各产物的反应速率的顺序为沥青烯＞油＞气态产物.