中低阶煤热解过程中自由基的研究

尝试利用电子顺磁共振(EPR)法观察不同产地的中低阶煤在不同温度(350℃～600℃),不同停留时间(0 min～30 min)下煤热解过程中产生的自由基各参数的变化情况,研究中低阶煤热解过程中自由基的演变.结果表明,用EPR法研究煤热解机理快速直接;依据建立的标准曲线法测定煤热解过程中自由基的浓度更为准确;不同产地的中低阶煤热解过程其自由基的变化趋势基本一致,但其绝对值不同,胜利煤初始自由基浓度3.034 6×1018/g,温度为550℃,停留时间10 min时达到最大值26.686 0×1018/g,新疆煤初始自由基浓度为15.283 0×1018/g,温度为600℃,停留时间10 min时达到最大值57.5370×1019/g;该方法为进一步探讨煤热解机理和提高轻质焦油产率的工艺提供理论依据.     

含有典型C—C煤炭模型化合物热解过程的自由基调控机理研究

煤本身是一种复杂的非均质混合物,含有大量的致密环状芳香烃。针对煤结构中各种C—C化学键,采用联苄、二苯甲烷、联苯作为煤C—C结构的模型化合物,分别在600℃,650℃,700℃,750℃下通过Py-GC/MS探究其热解产物分布情况;通过添加供氢溶剂(hydrogen donor solvent, HDS)捕获中间自由基验证其反应路径的存在;利用Gaussian09,Shermo,选取M06-2X泛函、def2-TZVP基组,加上D03(0)色散校正计算化学键解离焓(BDE)。通过实验与模拟相结合的方式印证自由基路径的存在。同时,用Py-GC/MS进行不同温度的模型化合物的热解实验。结果表明：模型化合物的热解均为自由基路径;由于C—C键类型不同,模型化合物的热解程度不同。各个键按能垒由大到小排序依次为C_ar—C_ar,C_ar—C_al,C_al—C_al,因此,热解程度由大到小的化合物依次为联苄、二苯甲烷、联苯。供氢溶剂可能会降低断键能垒;模型化合物热解中间自由基如...     

煤转化过程自由基研究进展

热解是煤转化过程中重要基础,其实质是自由基反应过程.自由基的形成、转移和稳定对于理解煤热解过程机理与产物生成至关重要.详细综述了煤中自由基研究方法,煤中固有自由基同煤自身性质的关系,以及煤转化过程中自由基形成和演变行为的研究进展与现状.最后结合煤中自由基研究面临的困难和挑战,指出了煤转化过程自由基研究在未来的发展方向.     

基于Py-GC/MS研究热解反应中自由基的捕获反应

在500℃下对类煤模型化合物1-萘甲醇与同位素示踪剂的共热解进行了机理研究。利用Py-GC/MS进行快速产物检测,同时联合自由基捕获剂来推断自由基的反应过程。结果表明,在500℃和0.2 min的条件下,1-萘甲醇的热解产物相对单一,但是自由基反应的引发、交换和湮灭极其快速,现有检测方法是对某一时间节点的平衡反应结果的分析。通过D₂O和H₂¹⁸O同位素示踪,成功捕获到了自由基交换后的D取代产物和¹⁸O取代产物。揭示了1-萘甲醇经过1-萘甲基自由基转化为1-萘甲醛的转化过程,发现萘环上的取代基在1-萘甲醇的热解过程中起着重要作用。同时对自由基及产物进行了定性和半定量分析,发现在加入自由基捕获剂后产物的丰度较之前降低了一个数量级,说明了自由基捕获剂抑制了产物的生成。     

煤热解过程分析与工艺调控方法

通过煤热解技术获取紧缺的油气资源是低阶煤清洁利用的有效途径之一。针对煤热解工艺存在焦油产率与品质难以控制以及焦油中粉尘含量高等关键技术问题,从煤的热解反应机理出发,详细探讨了热解挥发分二次反应的种类和发生条件以及影响热解过程的主要因素,结合煤热解技术应用,总结了逆向传热与传质所导致的挥发分气相二次反应是焦油产率下降的主要原因;同时,分析了热解过程中煤颗粒破碎机理以及煤热解过程中粉尘的主要来源。在前人研究结果的基础上,提出控制热解挥发分的流动方向从高温区向低温区流动、热解耦合气化以及耦合原位的焦油提质与除尘等方法可以调控煤热解过程,抑制重质焦油生成、提高焦油中轻质组分含量以及减少焦油中的含尘量,从而实现煤的定向热解。     

乙烷热裂解自由基反应机理的综合数值模拟

通过对目前烃类热裂解自由基机理研究方法所存在问题的剖析,提出了将分子模拟和自建的一维工艺数学模型模拟计算相结合的速度快,结果详细的新的研究方法。并以乙烷热裂解自由基反应机理的研究为例进行了论证。结果表明,乙烷的链引发反应主要以断C—C键为主,链传递反应主要以氢自由基与乙烷生成乙基自由基和氢气、乙基自由基分解生成乙烯和氢自由基为主反复循环进行;链终止反应主要以2个氢自由基生成氢气为主;该方法的计算结果与传统方法有较大的不同,为烃类热裂解提供了一个新的研究方法。     

烃类选择氧化过程中自由基的调控策略与工业氧化应用研究进展

催化烃类氧化是提供合成树脂、合成纤维和合成橡胶等大宗化学品以及各类精细化学品的基本工艺,在化学工业中具有重要的地位。目前工业上的烃类氧化工艺普遍需要高温高压条件,苛刻条件可以使氧气活化及碳氢键断裂产生自由基。本文从均相催化、非均相催化、仿生催化等方面对近年来催化氧化反应的研究进展进行了回顾,梳理了催化氧化中的自由基机理。总结了仿生催化体系中自由基稳定性和定向性调控机制等方面的研究现状,提出了高效催化剂的设计、自由基的传递及调控机制等方面将是催化氧化领域的重要研究方向。     

原子转移自由基聚合反应机理及其应用

概述了有关原子转移自由基聚合(ATRP)的反应机理.研究成果表明,应用ATRP法进行聚合反应可以制备窄分子量分布的聚合物、嵌段共聚物、接技聚合物、无规共聚物、星型聚合物等.ATRP在聚合反应领域具有非常广阔的应用前景.     

叔丁醇水溶液臭氧氧化的降解过程及反应机理研究

在ＳｔｏｐｐｅｄＦｌｏｗ反应器中研究了叔丁醇（ＴＢＡ）水溶液被Ｏ３氧化降解过程。结果表明,在酸性和中性条件下ＴＢＡ较难被Ｏ３氧化降解,随着ｐＨ增加,ＴＢＡ的臭氧化降解速率加快。探讨了ＴＢＡ臭氧氧化过程的降解机理。     

淖毛湖煤慢速热解过程官能团相互作用

采用滴管炉,在短停留时间下,制备具有一定低温反应活性而消除主要低温交联位点的淖毛湖煤（NMHcoal）快速热解半焦（NRPchar）,再将NMHcoal和NRPchar混合进行慢速热解,研究官能团间的相互作用。热重分析结果表明,NMHcoal/NRPchar混合比为5∶5,温度为500℃热解时具有较强的负协同作用。固定床热解结果表明,NMHcoal热解生成的挥发物部分扩散至NRPchar中,?CH₃与芳碳自由基以及?O有更多的结合概率与时间,使焦油中含甲基的萘、酚类增多,半焦中烷基化邻氧芳碳结构与醚类结构增加。析出的酚类增多,使半焦中连氧芳碳结构减少。NRPchar中生成较多的多环芳烃前体,它们与酚类物质发生反应生成多环芳烃和CO,使共热解焦油中5、6环化合物含量增加,而另一部分滞留在半焦中使其比表面积降低。     

小分子烃类蒸汽热裂解自由基机理模型研究方法的探讨

由于热裂解存在反应时间短、自由基数量多、浓度小,且不同原料产生的不同自由基之间、反应深度较大时管壁处于高温和停留时间所生成的不同自由基与主流体间的相互作用会随时改变反应路径,并影响到产物分布,因此造成了用实验方法研究单体烃热裂解反应机理的困难。将Materials Studio软件与Aspen Plus软件相结合来研究单体烃热裂解的自由基反应机理,并通过对乙烷热裂解一次反应机理、乙烷和丙烷混合热裂解相互作用机理、动力学数据准确性对比及正已烷空间位阻的影响,对研究方法进行了论述。结果表明,数值模拟的理论方法与实验方法相比,可以深入了解实验研究不可能达到的一些机理细节问题,如果将实验研究和模拟研究相结合,可避免目前动力学模型研究中的各种假设,提高机理模型研究的准确性,为工业生产预测提供高精度的机理模型。     

C_4烷烃混合热裂解反应机理的数值模拟

通过对蒸汽热裂解反应机理实验研究困难的分析,提出了将Materials studio模拟和Aspen Plus模拟计算相结合的烃类热裂解自由基反应机理的理论研究方法。并用该理论方法对正丁烷和异丁烷及其混合物的相互作用机理进行了研究。结果表明:正丁烷热裂解主要是1-C4H9·中β-C—C键发生的断裂生成乙烯,由2-C4H9·断β-C—C键生成丙烯;异丁烷热裂解主要是i-C4H9·中β-C—C键的断裂生成丙烯。采用与文献[1]同样的原料数据进行模拟,并与该文献中混合C4烷烃热裂解的实验数据进行了对比,说明该理论方法计算得到的结果与实验结果吻合较好。     

Free radical reaction model for n-pentane pyrolysis

A mathematical mechanism of the n-pentane pyrolysis process based on free radical reaction model was presented.The kinetic parameters of n-pentane pyrolysis are obtained by quantum chemistry and the reaction network is established.The solution of the stiff ordinary differential equations in the n-pentane pyrolysis model is completed by semi implicit Eular algorithm.Then the pyrolysis mechanism based on free radical reaction model is built,and the computational efficiency increases 10 times by algorithm optimization.The validity of this model and its solution method is confirmed by the experimental results of n-pentane pyrolysis.     

异丁烷热裂解反应机理的分子模拟

用分子模拟方法对异丁烷的热裂解反应机理进行了研究,建立了可能的反应路径,为了确定每个反应发生的可能性和难易程度,对各个基元反应做了热力学和动力学的计算。结果表明,其热裂解反应的速率控制步骤为异丁烷分子中C-C键断裂生成CH₃自由基和em-C₃H₇自由基的反应,动力学上最支持生成丙烯的反应路径,目的产物中丙烯与异丁烯的比例为1.40:1,与实验值较接近。     

储运含油污泥慢速热解特性分析

采用精确控温的固定床反应装置研究了罐底油泥和清罐油泥在不同升温速率下热解产物特性。结果发现当升温速率为5℃·min^-1和2℃·min^-1时,两种油泥样品的油品回收率均高于65%。提高升温速率有利于促进气相产物的生成,同时得到的油相产物中环状有机物含量提高而链状有机物含量减少,这说明提高升温速率有助于C-H键断裂和环化反应的发生。借助于TG分析和Doyle方程得到两种油泥的热解反应动力学参数。发现随着升温速率加快,表观反应活化能增大了20%~37%。     

催化裂解反应条件对产物收率的影响

增产低碳烯烃、轻质芳烃等产物是催化裂解技术发展的趋势,反应条件是影响催化裂解产物分布的关键因素。介绍催化裂解过程涉及的反应机理,概述反应温度、剂油质量比、停留时间(空速)、水油质量比等反应条件,裂解装置和原料油性质对产物收率的影响,结合工业实例分析反应条件对产物收率的影响。     

Secondary char formation in the catalytic pyrolysis of biomass

Samples of four types of wood and pure cellulose, both untreated and impregnated with salt (Na₂CO₃, K₂CO₃, NaCl, KC1), were pyrolysed. Two experimental systems with different geometries and secondary reaction patterns were used, viz. a McBain thermogravimetric balance and a Gray-King retort. The substrates were pyrolysed under a stream of nitrogen in the thermobalance and in some of the Gray-King runs, using a modified retort. Salt impregnation was found to modify weight loss rates and to increase the charcoal yield in the presence of an inert carrier gas in both experimental systems. Longer residence times of volatiles in the hot zone gave rise to larger charcoal yields from untreated substrates. However, long residence times of volatile matter over Na₂CO₃-impregnated cellulose were found to be detrimental to char formation. These results indicate that primary volatiles may undergo secondary reactions through competitive pathways, either polymerizing to form char or cracking to form lighter volatiles. Long residence times of light volatiles appear to enhance the latter pathway in the presence of Na₂CO₃.     

基于过程强化与反应调控的煤定向热解制高品质油气产物基础研究及中试验证

对比了现有煤热解制油气技术的特点,从反应工程“三传一反”的角度系统分析和概括了煤热解过程中挥发分在颗粒内生成和释放、颗粒间扩散和反应器中停留等关键步骤中的热量、质量传递和挥发分二次反应对油气品质的影响,揭示了目前碎煤热解制油气技术普遍存在的目标产品产率低、品质差、含尘量高等技术难题的根源,并总结出煤定向热解调控的有效措施,即在挥发分生成和半焦缩聚段采用高温加热和快速传递的传热方式,在挥发分扩散过程中利用半焦床层重整焦油和过滤灰尘,在反应器中设置气体通道导流挥发分的定向溢出。针对研究团队前期开发的内构件移动床定向热解理念,介绍了导热板和集气腔等内构件的作用机制,即通过导热板和中心集气腔等内构件进行传热强化、热解气流动的有序引导,实现热量和挥发分的同向扩散和传递;通过移动床中颗粒的缓慢运动和床层的过滤作用除尘;概述了1~5 kg/次基础实验、反应器结构内传热和流动模拟,100 kg/次模试分析和1000 t/a中试验证的研究结果,充分证实了该技术在同步提高油气质量与品质、降低油中尘含量等方面的优势和对碎煤原料的适用性;基于上述研究形成了内构件定向热解技术及基于该技术的热/电-油-气联产技术。