神华煤加氢液化动力学研究

以神华煤为原料,四氢萘为溶剂,在微型反应釜中进行了神华煤加氢液化动力学研究,并建立了动力学模型。研究结果表明：在反应起始阶段,煤主要转化为前沥青烯和沥青烯,有少量油气存在。随反应时间的延长,前沥青烯和沥青烯产率出现最大值,油气产率逐渐增加。所建立的动力学模型能合理拟合350~440 ℃范围内神华煤液化动力学过程,其反应速率常数为0.001 8~0.041 6 min-1,表观活化能为29.11～46.45 kJ/mol。     

煤液化动力学模型的研究~+

根据煤结构的不均匀性及煤液化中包含大量串联和并联反应的事实,提出了一模拟煤液化的数学模型。该模型把液化过程处理为两组不可逆反应的串联(即煤裂解生成沥青烯和前沥青烯;沥青烯和前沥青烯生成油),其中每组都包含一系列不同组分的平行反应,从理论上可认为这些反应的活化能服从高斯分布。这一模型能较好地描述同一煤中各组分液化难易程度的不同,也合理地解释了煤液化中表现反应活化能随转化率增加而上升的现象。由此得到的理论值不仅和实验数据一致,也和文献值较好符合。     

介电常数法研究减压渣油及其组分的结构和性质

用液-固制备色谱,将>500℃胜利减压渣油(Ⅰ)分成饱和烃族(Ⅱ)、芳香族(Ⅲ)和胶质沥青质(Ⅳ)三部分。分别测定Ⅰ及Ⅱ—Ⅳ组分在正构烷烃、环烷烃和芳烃溶剂中的介电常数随浓度、温度的变化。结合Ⅰ及其组分的分子量、元素分析结果,得到了Ⅰ及其三组分的平均偶极矩。结果表明:Ⅱ的接近于零,Ⅳ的最大,Ⅲ的居中;Ⅲ和Ⅳ分子内相互作用强烈,其极化过程属于弹性转向极化。     

煤与木屑共液化的动力学模型

基于煤与木屑以及高分子的中间产物和最终产物结构的不均匀性及煤与木屑中包含大量的顺序和平行反应的事实,提出一个模拟煤与木屑共液化的反应动力学模型。该模型认为煤与木屑共液化经历了以下过程;煤与木屑裂解生成沥青烯、前沥青烯和小分子的气态产物;沥青烯与前沥青烯进一步转化生成油,反应的活化能分别为59.8KJ/mol、43.7KJ/mol和84.0KJ/mol。其中,在一定的反应条件下煤与木屑以及沥青烯与前沥青烯均分为两部分;即可反应部分和不可反应部分,由此得到的理论值与实验值能够较好地吻合。     

煤中前沥青烯与沥青烯性质的研究

煤的溶剂抽出物中前沥青烯与沥青烯的质量之比随煤化程度增加而增加。原位热解红外光谱研究结果表明，它们的热稳定性与其结构参数有关，芳香度高，甲基取代结构多的前沥青烯比沥青烯的热稳定性好。前沥青烯与沥青烯在溶剂分级过程中表现出的溶解性与其结构参数无必然联系，而与其酸碱组分间的氢键强度有关。前沥青烯中酸碱组分间的氢键强度为５．１５～３０．９ｋＪ／ｍｏｌ；沥青烯为＜５．１５ｋＪ／ｍｏｌ。     

煤中前沥青煤与沥青烯性质的研究

煤的溶剂抽出剂中前沥青烯与沥青烯的质量之比随煤化程度增加而增加，原位热解红外光谱研究结果表明，它们的热稳定性与其结构参数有关，芳香度高，甲基取代结构多的前沥青烯比沥青烯的热稳定性好。前沥青烯与沥青烯在溶剂分级过程中表现出的溶解性与其结构参数无必然联系，而与其酸碱组分间的氢键强度有关。前沥青烯中酸碱组分间的氢键强度为５．１５￣３０．９ｋＪ／ｍｏｌ；沥青烯为〈５．１５ｋＪ／ｍｏｌ。     

年青煤在石油重油中加氢液化的研究

在小型高压釜中试验了不同石油重油和催化剂对煤加氢液化的影响。结果表明,煤的转化率随石油重油中芳烃含量增加而提高,在试验条件下以红旗煤在羊三木减二线油中加氢的转化率为最高,达到60%,向石油重油添加四氢蔡或甲基萘油馏份对煤液化有利。不同的氧化铁型催化剂对煤在石油重油中加氢液化生成油都有一定的催化作用,其中以山东赤泥为最好,在试验条件下可使煤转化率增加7.4%,油与气产率增加22.4%,沥青烯产率下降15%,此外还考察了九种煤在石油重油中加氢液化的性能。     

合成气气氛下含水量对锡林浩特煤液化性能的影响

在合成气气氛下考察了含水量对锡林浩特煤液化性能的影响。结果表明：在合成气气氛下,煤中适当含水可促进煤在液化过程中的转化。当含水量为7.5%（质量分数）时,锡林浩特煤的液化转化率最高,为84.59%;当煤中含水量较高时,煤的转化率明显降低。此外,煤中适当含水更有利于水煤气变换反应的进行。当含水量为7.5%时,合成气中的CO转化率最高,为26.00%;但随着煤中含水量的增加,CO转化率降至16.93%。通过沥青烯与前沥青烯的红外光谱发现：沥青质中存在大量羟基,煤中的水促进了煤中官能团侧链断裂;但当煤中含水量大于15.0%时,沥青质发生缩聚反应导致煤的液化产率有所降低。     

热溶预处理油煤浆的粘度变化

将神华煤与循环油混合油煤浆经不同热溶温度预处理后,研究了油煤浆粘度的变化情况及原因.研究发现:与未经热溶处理的油煤浆相比,经热溶处理的其粘度有所增大.在同一热溶温度处理后的油煤浆在测粘过程中,粘度随测量温度的升高而减小,并没有出现粘度峰,粘度(η)与测量温度(tM)的关系为η=Aexp[Eη/8.314 5×(273 tM)].而在同一测粘温度下,经不同热溶温度处理的油煤浆粘度变化情况却截然不同:在神华煤发生热分解反应之前(＜320℃),η基本上随热溶温度(tT)的升高呈直线增加,η=B ktT;在开始发生热解反应以后(＞320℃),粘度在370℃时出现了峰值,η=η0 2a/πw/4(tT-tηmax)2 w2.     

裂解催化剂和自由基引发剂对兖州煤加氢液化的影响

在快速升温和冷却共振搅拌反应釜中,用Y分子筛(Ⅰ)、丝光沸石(Ⅱ)、ZSM-5(Ⅲ)和Ni-Mo(3673)等为裂解与加氢催化剂,以及两种性能复合的催化剂(Ⅳ),对兖州煤的加氢液化进行了考察,发现在四氢萘溶剂中,裂解催化剂显示了较高的活性,用Ⅱ和Ⅲ时的转化率均为88%左右;Ⅳ有较好油气选择性;在脱晶蒽油溶剂(Ⅴ)中,Ⅳ的活性最高。提高温度及压力,均能提高转化率,当温度从410℃上升到430℃时,Ⅰ的催化转化率增加12%,油气产率增加20%。添加FeSO_4能改变液化产品的分布。添加少量的自由基引发剂(苯基苄基醚、偶氮二异丁腈等)(Ⅵ),能提高转化率,在Ⅴ中转化率增加6—9%;油气产率增加6—13%;Ⅵ和Ⅳ的协同作用最佳。     

兖州煤加氢液化性能的评价

用两种间隙式小型高压釜,在不同条件下考察了究州煤的加氢液化性能,並与联邦德国加氢原料煤Wester holt煤和美国的Illinois 6号煤进行了对比。试验结果表明:兖州煤具有较高的加氢反应活性,它略高于后一种煤,明显高于前一种煤。以循环油为溶剂,拜尔赤泥为催化剂,在氢初压9MPa,435℃和60min条件下,兖州煤的转化率达84%:油产率为46%。     

中国低阶烟煤和石油渣油的混合加工研究

在小型间歇式反应釜内,进行了文题的试验,考察了降低反应温度和压力的可能性。发现煤种影响虽不如煤直接液化那样敏感,但选择合适煤种仍是重要的。在440℃、18MPa(冷初压6MPa)、60min和加赤泥催化剂时,以依兰煤和阿拉伯减压渣油为原料进行混合加工,石脑油产率21%,重油产率36%,后者平均分子量为291,400℃热失重率65.2%,Ni和V的脱除率分别达81.0%和97.2%。     

煤短接触液化产品的荧光光谱鉴定

本文提出了以甲醇作溶剂用荧光光谱分析煤短接触液化产品的方法。对煤的短接触液化产品用不同极性的溶剂洗提得到9个级分,从9个级分中鉴定出25种组分。为了与煤焦油比较,用同样的方法和操作程序测定了煤焦油,鉴定出28个组分。本文还用液相色谱分析测定了煤短接触液化产品的氯仿洗提级分,所得结果与荧光光谱分析所得结果一致,证实了该方法的可靠性。     

工业催化剂用于煤加氢液化的研究

在磁力搅拌高压釜内进行了文题的研究。考察了五种石油加工工业催化刺单独和混合使用时,对煤加氢液化的影响。发现加氢裂解催化剂和加氢精制催化剂按1:1混合使用,可获得较高的煤转化率和油产率,氢耗也较低。进一步研究表明,该混合催化剂适于在较低温度下使用,最佳液化温度随其它操作参数变化。当有催化剂存在时氢压对转化率的影响比无催化剂时显著。催化剂用量增大对液化有利,但操作成本增加。     

煤液化油的梯度洗脱及芳烃组成分析

采用梯度洗脱技术对煤液化油进行了分离,并对芳烃部分进行了气相色谱质谱(GCMS)和核磁共振氢谱（1HNMR）分析。结果表明,通过梯度洗脱技术能够将煤液化油分成轻、中和重芳烃。单环芳烃低场部分质子的特征吸收区域在化学位移（δ）为6.9~7.2处,双环和多环芳烃低场部分质子特征吸收区域在δ为7.2~9.0处。     

水或四氢萘介质下胜利褐煤的直接加氢液化性能

根据褐煤含水量高的特点,研究了水为溶剂下胜利褐煤的加氢液化行为,并与传统的四氢萘(THN)溶剂进行了比较。在380 ℃、THN为溶剂和H2气氛条件下,煤的液化转化率达到85.3%,其中油气产率和沥青质产率分别为73.2%和12.1%,液化过程中热解产生的自由基碎片是通过供氢溶剂获得活性氢,而非从气相的氢气中直接获得。相对于H2和N2气氛,在CO气氛下以水为溶剂进行的煤液化实验和胜利褐煤表现出优良的液化性能,液化转化率达到70.2%,其中油气产率58.1%,沥青质产率12.1%。在CO/H2O系统中,发生的水煤气变换反应(WGSR)能产生高活性氢,该活泼氢能与煤热解产生的自由基结合生成稳定的液化产物,从而提高了液化的转化率。实验结果表明,在CO气氛下以水为溶剂的液化工艺是可行的,是一种适合含水量较高的褐煤的直接液化工艺。     

煤直接液化浆态反应器内气-浆流动与反应的CFD模拟

以褐煤直接液化小试反应器为研究对象,将反应器内气-液-固三相流动简化为气-浆两相流动,使用Fluent 14.0及双流体模型,模拟预测高温、高压条件下气-浆两相流动及反应的耦合过程。对反应器内等温流场进行了三维瞬态模拟,结果表明：反应器内总体气含率较低,约为0.016 5;气-浆流速较低,且壁面附近浆液回流和返混显著;浆液在反应器内平均停留时间约为70 min,与液化反应所需时间匹配。使用Matlab最小二乘曲线拟合方法,获得褐煤在430℃、10 MPa下的液化反应速率常数,通过用户自定义函数（UDF）将动力学参数导入Fluent求解器,对反应器内流动和反应过程耦合求解。结果显示：反应器出口处煤的转化率约为89.25%,沥青质（PAA）和油气（OG）产率分别为26.33%和61.81%,与测量值吻合。此数学模型及数值方法有望应用于中试及工业装置,指导液化工艺优化和反应器的设计放大。