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。     

高热安定性煤基喷气燃料理化性能的试验研究

以煤直接液化工艺生产的馏分油为原料制备了煤基喷气燃料,利用气相色谱和质谱对燃料的烃族组成进行了研究,并对燃料的理化性能进行了分析。实验结果表明,煤基喷气燃料主要由环烷烃组成,其中单环烷烃占32%,双环烷烃占42.3%,三环烷烃占13.6%,链烷烃占9.9%,还含有少量的芳香烃。煤基喷气燃料的理化指标均符合GB 6537—2006标准的要求,与石油基3号喷气燃料相比,煤基喷气燃料具有更高的密度。虽然煤基喷气燃料的质量热值较低,但体积热值比3号喷气燃料高3.5%。研究了煤基喷气燃料的密度、黏度随温度的变化关系,得到了密度-温度校正系数和黏度计算公式。     

CTAB辅助晶种法合成Zn/ZSM-5催化剂及其在催化重整纤维素挥发分的作用

石油的大量消耗和环境的日益恶化引发了人们对可持续化学的关注和发展。生物质能源是地球上唯一可再生的碳源,被认为是替代目前短期内无法再生的化石燃料的潜在能源。生物质热解挥发分在ZSM-5上催化生成芳烃是一种有前途的生物质增值化利用方式,通过调节ZSM-5分子筛孔道结构和表面活性位点来提高轻质芳烃的产率和抑制积炭的生成。采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,使用晶种法在合成过程中添加了金属Zn合成多级孔Zn/ZSM-5分子筛,阐述了合成过程中金属Zn与CTAB的作用对ZSM-5晶化过程的影响,并将该催化剂应用于纤维素热解挥发分催化重整制备轻质芳烃的研究中。并使用XRD、SEM、BET、NH₃-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征,从而得到催化剂的物化结构。结果表明,适量CTAB的加入增大了分子筛的比表面积,显著增加了介孔,促进了反应物与产物的传质,抑制了反应中积炭的生成。并且CTAB的存在能够调控金属Zn的存在形态,加强了金属Zn与分子筛骨架的相互作用,形成更多的Zn-OH⁺活性位点,使催化剂拥有较强的脱氧能力和氢转移能力,促进了碳氢化合物...     

新型液体煤浆燃料

液体煤浆燃料是一种新型的无水煤基液体燃料。它是由煤温和气化析出挥发分的冷凝液体与其产生的焦炭再经净化、粉碎二者混合制成稳定的煤基悬浮体。此液体煤浆含焦炭负荷量约50%,黏度接近№.5残渣油,燃烧性能比№.2燃料油(柴油)更好。(薛福连)新型液体煤浆燃料@薛福连     

Co掺杂对Ni/NiAlOx催化剂结构和菲加氢饱和性能的影响

煤焦油中富含稠环芳烃菲，菲加氢饱和后的产物全氢菲因具有高能量、高密度、高稳定性等优势是高能量密度燃料的理想组分。高效加氢催化剂是菲加氢至全氢菲的关键因素之一。贵金属催化剂加氢能力强，但价格昂贵，传统镍钼硫催化剂加氢能力较弱，镍基催化剂成本较低且加氢能力强被广泛应用于稠环芳烃加氢饱和领域。课题组前期利用活性金属镍与载体镍铝尖晶石之间强相互作用合成了Ni/NiAlO_x催化剂，活性组分镍处于“缺电子”状态，有利于芳烃的吸附与活化，使得该催化剂具有较高的初始全氢菲选择性，但随着反应进行全氢菲选择性逐渐下降，主要是在反应过程中活性组分镍电子结构发生变化导致。考虑到钴与镍具有相似结构，容易溶到镍晶格中直接调控镍电子结构这一性质，采用先溶胶凝胶法再浸渍法制备出不同钴掺杂量的催化剂，考察了钴掺杂量对Ni/NiAlO_x催化剂结构以及菲加氢饱和性能的影响。当反应温度300℃、压力为5.0 MPa、反应原料1%菲/十氢萘溶剂、进料速率为6 mL/h、氢气流量为60 mL/min、重时空速为52 h^-1时，钴掺杂量为2%的催化剂在反应第6小时全...     

煤热解焦油催化裂解和乙烷水蒸气重整耦合提高焦油品质

本文旨在通过在炭基催化剂上发生的煤焦油原位催化裂解与乙烷水蒸气重整过程耦合以提高轻质焦油产率。以平朔煤(PS)为煤样,利用常压固定床反应器在氮气以及乙烷水蒸气混合气氛下进行焦油提质实验,并使用半焦(Char),活性炭(AC)以及活性炭负载金属钴和镍(Co/AC,Ni/AC)作为提质催化剂,对比考察催化剂种类和反应气氛对提质过程中焦油及气体产物的影响。同时,为了解提质过程所得焦油产物的组成和性质,利用模拟蒸馏,GC-MS等表征手段对焦油进行检测分析。结果表明,活性炭负载Ni催化剂(Ni/AC)可催化乙烷水蒸气重整反应,产生的·CH x,·C 2H x,·H等小分子自由基可与焦油催化裂解产生的自由基结合,避免焦油过度裂解。与未加催化剂得到的平朔煤热解焦油相比,采用Ni/AC使轻质焦油(沸点低于360℃馏分)的质量分数和产率分别提高54.3%和52.4%,同时焦油中BTEXN(苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘)等芳烃组分产率明显提高;乙烷水蒸气混合气氛下(耦合过程)比同条件氮气下的焦油产率和轻质焦油产率分别提高38.1%和35.3%,焦油中C2~C3烷基取代苯和C1~C2烷基取代酚的相对含量有明显提高,说明乙烷和水蒸气被活化并参与了焦油形成过程。煤热解焦油的原位催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气,其提质效果与催化剂的活性组分密切相关,且反应气氛在煤焦油的形成过程中具有重要作用。     

煤直接液化产品的组成、特性及应用

从产品组成方面阐述了煤直接液化油品与石油基油品的差异,指出煤直接液化油品主要以环烷烃为主,是非常理想的环烷基基础油,从而决定了其在特殊领域的应用潜力。煤直接液化油品具备高密度、高热容、高热安定性、高热值、高环烷烃、凝点低、低硫、低氮、低芳烃等特性,可作为军用及航空航天领域特种燃料,主要包括煤基大比重喷气燃料、煤基低凝点柴油及煤基航天煤油。最后指出,应充分发挥煤直接液化油品的优点,将有利于减轻我国对石油资源的依赖,保障战略能源安全。     

SiO2包覆对Ni2P/Al2O3催化剂结构和萘加氢性能的影响

煤焦油中萘系烃类化合物通过加氢转化为氢化芳烃或环烷烃可显著增强喷气燃料的热安定性,该加氢过程实现的关键在于如何有效研制高选择性芳烃加氢催化剂。针对商业用金属硫化物催化剂尚不足以控制芳烃加氢选择性的问题,Ni_2P催化剂因其具有特殊的晶体形貌和电子结构表现出很高的本征加氢活性,有望成为新一代高效芳烃加氢催化剂。但由于非负载型Ni_2P催化剂存在比表面积小、活性相分散度、机械强度及散热性不佳的问题,研究者大多借助载体的高比表面积分散活性组分,而不同载体对Ni_2P的生成、分散度和催化剂的活性都有着重要影响。因此,采用次磷酸盐歧化法制备了不同SiO_2包覆量的Ni_2P/Al_2O_3催化剂(Cat-xSi)以期调变前驱体中镍物种、催化剂中Ni_2P与载体之间的相互作用,使得在适宜的载体与金属相互作用下生成更多Ni_2P物种并实现更高的分散,同时系统考察了SiO_2包覆对Ni_2P/Al_2O_3催化剂结构和萘加氢性能的影响。结果表明:当反应温度为340℃,氢气压力为4 MPa,氢油比(反应原料中氢气与3%(质量分数)萘/四氢萘的正癸烷溶液的体积比)为600,重时空速为20.8 h~(-1)时,所有SiO_2包覆的Cat-xSi催化剂萘转化率(65%)均高于未包覆SiO_2的催化剂(萘转化率56%),其中,Cat-16.0Si催化剂的萘转化率为72%,这是因为Cat-16.0Si催化剂中更小的Ni_2P颗粒(4.0 nm)和更多的Ni_2P数量使得催化剂中暴露出更多活性位点(CO吸附量为26.8μmol/g),而稳定存在的缺电子程度更高的Ni~(δ+)及催化剂表面更多的B酸位点进一步促进了芳烃的吸附。     

建立煤基醇醚燃料推广应用的重大举措

从晋、陕、川、甘、宁、蒙6省(区)的资源状况、资源优势互补性及其辐射影响力和协同作用等方面出发,阐述了建立煤基醇醚燃料区域连片试验示范区的必要性和重要意义.     

Co-PPh3@POPs多相催化剂氢甲酰化反应研究

氢甲酰化反应是过渡金属羰基化合物催化下的烯烃与合成气生成比原料烯烃高一个碳的醛或醇的反应,全世界通过氢甲酰化反应制备醛或醇的产量可以达到1 200万t/a。均相催化具有较高的催化活性和温和的反应条件,但催化剂同反应物料的分离问题,阻碍了其大规模工业化应用。多相催化体系中催化剂与反应物料容易分离,存在反应活性或选择性较低等问题。均相固载化兼顾了均相催化优异的反应活性和多相催化易于分离的优点,成为氢甲酰化领域的研究热点。Rh是氢甲酰化反应中最活泼的元素,Co的活性相对较低,但其仍具有较大的工业价值。由于贵金属Rh的资源稀缺以及价格昂贵严重影响了氢甲酰化反应过程的经济性,因此,考虑采用金属Co代替金属Rh作为催化剂的活性组分,应用于烯烃的多相氢甲酰化反应。制备了PPh_3@POPs担载Co基多相催化剂(Co-PPh_3@POPs),系统考察了反应溶剂、金属Co前驱物、金属Co负载量、反应时间等因素对Co-PPh_3@POPs催化剂氢甲酰化反应性能的影响。当选取反应溶剂为甲苯,金属Co前驱物为Co(OAc)_2,Co负载量为10%时,Co-PPh_3@POPs催化剂表现出良好的氢甲酰化反应性能,且反应活性明显优于Co@SiO_2和Co@SBA-15催化剂。表征结果显示,Co-PPh_3@POPs催化剂具有高的热稳定性、大比表面积和多级孔道结构,较优的催化性能归因于活性组分Co物种可高分散于具有大比表面积和多级孔道结构的含膦聚合物PPh_3@POPs载体上。     

煤基车用燃料的生命周期能源消耗与温室气体排放分析

利用生命周期评价方法，以中国的能源生产和运输为背景，对汽油、柴油、甲醇汽油和二甲醚这4种煤基车用燃料配合不同车辆发动机技术的全生命周期能源消耗和温室气体排放进行了研究，得出：煤基车用燃料全生命周期所消耗的一次能源与排出的温室气体超过60 %发生在上游阶段，特别是燃料阶段；车辆的燃料经济性对全生命周期指标影响较大；从总量来看，二甲醚是较好的选择，柴油次之，汽油路线则是最差的，但考虑到车辆技术的明显区别，汽油和甲醇汽油仍然存在应用的可能性.     

微波合成有机膨润土对苯、甲苯和二甲苯吸附性能研究

采用微波辅助合成法制备有机膨润土,以十六烷基三甲基溴化铵为改性剂,针对微波改性有机膨润土制备过程中的关键因素对苯、甲苯及二甲苯吸附性能的影响进行研究.表明微波合成有机膨润土最佳条件为微波辐照反应时间3 min、改性剂用量120 mmol/100g、微波功率320W及固液比1:8.有机膨润土对苯系物的吸附量大小依次为二甲苯>甲苯>苯,有机膨润土含碳量大小与苯系物的吸附能力具有明显的正相关性.     

基于消费成本比较的我国煤制乙二醇发展前景

我国乙二醇缺口量大,传统石油路线生产不足,为煤制乙二醇的发展奠定了市场基础,同时煤制乙二醇符合国家煤炭清洁利用政策,其发展前景得到广泛关注。本文从我国乙二醇供需情况以及生产布局分析了我国煤制乙二醇的现状,重点对不同路线生产的乙二醇进行了成本对比分析,结果表明煤制乙二醇路线成本低于乙烯路线,高于乙烷路线。认为煤制乙二醇是将来乙二醇扩能的主要方式,同时煤制乙二醇在低油价下具有竞争力,具有广阔发展前景。     

新疆煤基固体废弃物处置与资源化利用研究

新疆煤炭资源储量丰富,是我国重要的煤炭生产接续区和战略性储备区,开发利用过程中产生的煤基固废合理处置与资源化问题是制约矿区环境保护的难题之一。总结分析了新疆煤基固废的理化特征和分类形式及其产生的地质背景。分析表明:吐哈、准噶尔、伊犁、库拜4大煤田产生的煤基固废的理化特征存在明显地区差异,以低阶烟煤为主的低变质煤田区域的煤矸石多以砂岩、黏土岩、钙质岩为主;通过对典型煤基固废的综合评价,提出了新疆煤基固废梯级资源化利用的产业链布局模式;提出了以煤基固废的就地充填为基础,协同发展保水开采、净水开采、储能开采等煤基固废利用的新方法,探讨了煤基固废-电-化、煤基固废-电-建等高附加值开发利用产业布局模式,详细阐述了煤基固废在发电利用、建材利用、化工产品制备、充填处置及工程填料等方面综合资源化利用方法的原理和技术路线,提出了以合理处置矸石和水资源保护为目标的煤炭资源高效集约化开采技术。研究成果对新疆地区优化煤炭产业布局、煤基固废梯级资源化利用及矿区生态环境保护具有重要的指导意义。     

煤基能源国有资本投资运营公司的运营机制研究（增刊）

组建或者改组国有资本投资运营公司,是探索国有企业改革的重要途径,同时也是改善国有资本布局和结构,实现国有资本保值增值的重要举措。当前绿色发展已经上升为国家战略,更是煤基能源企业发展面临的巨大机遇和挑战。本文运用系统工程思想,结合煤基能源企业的实际,以问题为导向,按照国有资本投资运营公司的组织模式,从功能定位、法人治理结构、考核评价、风险管控四个方面对煤基能源企业的运营机制进行设计优化,重点突出系统性、战略性、协同性和实用性,使煤基能源企业能够在经济发展新常态下实现成功转型升级和新的跨越式发展,同时也对同类企业提供一些可能的参考和建议。     

热接触变质煤制备石墨烯:化学结构演化

作为具有优异性能的碳材料,石墨烯应用前景广阔。我国煤炭资源储量丰富,以煤为原料,探讨制备石墨烯的研究需不断深化。受岩浆影响的热接触变质煤具有高碳含量、高芳香度等特点,但其制备石墨烯的可行性值得研究。以淮北煤田朔里煤矿5号煤层为研究对象,采集3个靠近岩浆侵入体的热接触变质煤为原料。煤基石墨烯的制备采用改进Hummers法,原煤经石墨化后,通过氧化、超声剥离、还原成石墨烯。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和X射线衍射对煤基石墨、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯逐一进行分析。结果表明:3个样品制得的煤基石墨的(002)晶面间距均为0.3381 nm。氧化石墨烯的分子结构中含有羧基、羟基和环氧基,在还原后这些官能团脱落并形成了还原氧化石墨烯结构中的缺陷。煤基石墨和还原氧化石墨烯的红外光谱都出现了羟基的特征吸收峰,区别在于煤基石墨中的羟基为石墨化过程中所残留的,而还原氧化石墨烯中的羟基则是氧化石墨烯未彻底还原所残留的。拉曼光谱分析的结果表明氧化石墨烯在还原后ID/IG(D峰与G峰强度比)>1,为还原过程中石墨烯片层表面的环氧基脱落形成的面缺陷所导致。由朔里热接触变质煤所制备出的还原氧化石墨烯的平均层数分别为4.29、3.97和4.31,均属少层石墨烯,热接触变质煤可作为制备石墨烯的原料。