煤高温快速液化过程中的单原子与双原子氢转移机理

氢转移对煤的加氢液化至关重要,理解氢转移机理对于改善煤液化过程具有重要意义。在微型反应釜中通过考察氢气的溶解、溶剂类型以及不同类型催化剂对煤高温快速液化的影响,揭示了煤高温快速液化过程中单原子氢和双原子氢的转移机理。结果表明,在以四氢萘、氢气为条件的高温快速液化过程中,主要的活性氢来源于溶剂所提供的单原子;在以四氢萘、氮气为条件的高温快速液化过程中,不同催化剂对溶剂提供单原子氢的影响不同。在以四氢萘和萘、氢气为条件的高温快速液化过程中,双原子氢基本未参与液化反应,溶解并不是其参与液化反应的主要影响因素。以萘为溶剂、氢气气氛下的高温快速液化过程中,双原子氢参与反应需要一定的时间。在以萘或四氢萘、氢气为条件的高温快速液化过程中通过加入一定量的催化剂,可以促使双原子氢快速参与反应。     

煤中矿物质对神府煤快速液化的影响

利用共振搅拌反应器研究了煤中矿物质对神府煤高温快速液化的影响。原料煤经酸洗去除煤中大部分矿物质,脱灰率可达84．83％。脱灰后的煤在490℃进行加氢液化,结果表明,煤中矿物质的降低对神府煤高温快速液化有较大的影响,尤其影响了煤的初始高活性,煤转化率及液化产物的产率都降低,且煤中矿物质的降低会使矿物质自催化作用减弱,影响了神府煤液化产物质量。     

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。     

煤直接液化初始阶段反应特性的研究

以杨村煤为例,在490℃和2倍四氢萘溶剂的条件下,反应仅5min煤直接液化总转化率就达到84．47％,表明煤在直接液化的过程中具有初始高反应活性的特点。在纯氢气气氛下随着初始压力从1．5MPa增大到7MPa,转化率从66．38％上升为83．27％,表明压力大小对煤液化转化率有较大影响。1．5MPa下溶煤比提高到4：1以后,转化率增大到79．0％就不再增长,表明用添加过量供氢溶剂的方法弥补由于降低系统压力所带来的转化率损失不可行。     

氢气在无催化煤液化中的反应机理

采用平衡液相取样法气体溶解度测定装置测定了氢气在萘中的溶解规律,并采用间歇式微型反应釜研究了氢气在无催化煤液化中的反应机理.结果表明:1)氢气在萘中的溶解随着温度和压力的升高而增加,溶解速率先快后慢,在5min时达到最大溶解量的76.21%左右,直到30min达到平衡;2)在萘溶剂的无催化煤液化反应中,氢气的溶解不是控制步骤,溶解氢参与液化反应的速度才是控制步骤;3)在较短时间的萘溶剂无催化煤液化时,氢气在萘溶剂中的预溶解提高了无催化煤液化的总转化率,其主要原因是部分预溶氢提前活化,使得煤液化反应初期活性氢增加;4)在较长时间的萘溶剂无催化煤液化时,预溶氢对总转化率的提高很小,但促进了液化产物的进一步裂解加氢轻质化.     

溶剂抽提对兖州煤高温快速液化反应性的影响

以四氢呋喃为抽提溶剂,利用索氏提取器对兖州煤进行了抽提处理.对原煤与所得到的抽余煤进行了扫描电镜、N2吸附-脱附、热重和红外分析并进行了高温快速液化实验.通过与原煤的对比,考察了溶剂索氏抽提对煤的结构和液化反应性的影响.结果表明:抽余煤结构和热解行为均发生了明显改变;与原煤相比较,其高温快速液化的转化率有明显提高;低分子化合物对无外在活性氢来源的煤高温快速液化明显起到提供氢源的作用.     

溶剂组成对褐煤催化液化的影响

本文采用60ml微型高压釜,以杂酚油为溶剂,在氨初压6.0MPa,反应温度400℃,反应时间30min的条件,以四氢萘,邻苯二酚为模型化合物,考察了溶剂中供氢组分和酚类物质对先锋褐煤催化液化的影响.实验结果表明,供氢组分对液化转化率和油品产率皆有重要作用;酚类物质对液化转化率影响较小,但能改变液化产物之间的分布,催化剂活性是随溶剂中供氢组分和酚类物质百分含量的改变而发生变化.     

甘蔗渣在水与四氢萘混合溶剂中的液化工艺优化实验

通过正交试验考察了蔗渣在水与四氢萘混合溶剂中液化过程的5个因素对蔗渣转化率的影响.蔗渣在混合溶剂中的优化工艺为:反应温度270 ℃、反应时间30 min、固液比(蔗渣与溶剂质量比)1:6、碱浸预处理NaOH用量4%、四氢萘用量(占总溶剂质量分数)50%.各因素的影响次序:NaOH用量>反应温度>四氢萘用量>固液比>反应时间.在此工艺条件下,蔗渣转化率可达到97.9%.实验结果表明,四氢萘部分取代液化溶剂中的水,可以有效提高蔗渣液化效率,同时降低反应温度及压力,促进实验操作条件的改善.     

一种新的煤直接液化方法

从煤直接液化反应机理入手,综述了在过去几十年采用“煤短时液化”的思想研究煤直接液化机理的成果,以及以该思想为基础开发的“煤的高温短时液化”工艺.在上述2种研究成果的基础上,提出了一种新的煤直接液化方法,即“煤的高温快速液化”,并列出了相关实验室实验成果,这些结果将对工业化装置的开发产生深远的影响.     

木质素加氢液化研究

在高压釜内,研究了温度、反应时间、初始氢压和搅拌速率对木质素加氢液化反应的影响。结果表明,木质素加氢液化的最佳工艺条件为:温度300℃,反应时间60 min,氢压3 MPa,搅拌速率800 r/min。在此条件下,木质素转化率与液体产率分别为71.3%与66.8%。     

Approach for promoting liquid yield in direct liquefaction of Shenhua coal

Single and multi-stage liquefaction of Shenhua (SH) bituminous coal and re-liquefaction of its liquefaction residue (SHLR) were carried out in an autoclave reactor to investigate the essential approach for promoting oil yield and conversion in SH coal direct liquefaction (SHDL). The multi-stage liquefaction includes pretreatment, keeping the reactor at 250 °C for 40 min before heating up to the reaction temperature, and two-stage liquefaction processes consisting of low temperature stage, 400 °C, and high temperature stage, 460 °C. The results show that the pretreatment has slight effect on oil yield and conversion of SHDL, especially for liquefaction at 460 °C. There is a positive function of two-stage liquefaction in shortening reaction time at high temperature. Increasing ratio of solvent to SHLR can promote the oil yield and abate reaction condition in SHLR re-liquefaction, that is, it can promote the conversion from preasphaltene and asphaltene to oil. The primary factor to inhibit coal liquefaction is the consumption of hydrogen free radical (H·) from solvent or H₂ and condensation of free radicals from coal pyrolysis after a period of reaction. So the essential approach for increasing oil yield and conversion of SHDL is to provide enough H· to stabilize the free radicals from coal pyrolysis.     

液化条件下煤中共价键断裂难度降低原因分析

通过对四十余种常见煤液化模型化合物键能的分类、排序与分析,发现仅桥键的热致裂解远不足以让煤直接液化的转化率达到常见的70%以上的转化率.除了由于煤的高芳香性导致共振稳定和反应时间延长导致活化能量积累作出贡献以外,还有三个因素对桥键的广泛断裂和煤液化的高转化率作出了贡献,即溶剂、氢压和矿物质等催化剂.     

Coal liquefaction in nitrogen compounds

Model compound studies have shown that 1,2,3,4-tetrahydroquinoline is an exceptionally good coal solvent. In the pure compound, subbituminous coal conversion to THF-soluble products approaches 100% under relatively mild reaction conditions. The effectiveness of tetrahydroquinoline for coal conversion appears to be related to its concentration relative to coal. The unique behaviour of tetrahydroquinoline is ascribed to its being a highly active H-donor; the fact that it is regenerable under reaction conditions by the reaction of hydrogen and quinoline; and that its polarity allows penetration of the coal structure and aids in dispersion of the dissolved coal. It has been found that, during reaction with coal, tetrahydroquinoline and other nitrogen compounds undergo extensive condensation reactions which result in an increase in the nitrogen content of the high boiling and non-distillable liquefaction products.     

铁系催化剂对煤高温快速液化的影响

以兖州煤为研究对象,采用微型反应釜研究了两种铁系催化剂对煤高温快速液化的影响.结果表明,担载Fe2S3的催化剂和高分散铁系催化剂对煤的热解行为影响较小;担载Fe2S3催化剂促进了氢气参与反应和煤液化产物向轻质化转化,在优秀和足量的供氢溶剂条件下,溶剂的供氢速度明显优于氢气转换的供氢速度,催化剂的作用不明显;对比添加高分散铁系催化剂并加助剂S和添加Fe2S3催化剂的煤高温快速液化,发现元素S的作用与S和主催化剂铁的结合形态有关.     

煤直接液化中溶剂的作用和种类

讨论了煤液化中溶剂的作用和种类,煤液化中溶剂的作用为溶解溶胀作用,稀释分散粒以及对煤热裂解生成的自由基的保护作用。并着重讨论了供氢溶剂的供氢作用和转移氢作用。溶剂的各类分为工业和研究中常用的普通混合溶剂,煤焦油,石油渣油等重质油溶剂和废塑料、废橡胶等废化学品溶剂,初步分析了它们的供氢作用和传递转移活性氢作用。     

煤直接液化反应中分散相催化剂研究进展

煤直接液化工艺中催化剂作用十分重要,粒径小、分散性高的催化剂能够有效提升煤转化效率。将流动反应介质中小颗粒的固体催化剂命名为分散相催化剂,综述煤直接液化中常用的几种分散相催化剂,包括金属卤化物催化剂、过渡金属氧化物催化剂和铁系催化剂,提出可能的催化机理。     

Coal liquefaction by hydrogen produced from methanol: 3. Examination of reaction conditions

Coals were liquefied in a 50 ml autoclave using hydrogen produced from methanol with decomposition and hydrogenation catalysts under various conditions. The conversion increased with increasing reaction temperature and time. This reaction is more suitable for the liquefaction of lower-rank coals. The hydrogen pressure had little effect on the conversion in the range of the ratio of methanol to coal of 2 g/g. The use of a solvent is very effective in increasing the liquefaction, especially at short times.