氢气在煤液化初始高活性阶段的作用

论文摘要

本文以充州煤为研究对象,通过系统实验研究了氢气在煤液化初始高活性阶段参与液化反应的条件和途径。首先,在普通液化条件下,考察了煤液化转化率随时间的变化关系,发现液化过程中存在着初始反应高活性现象,并且分析了不同气氛对煤液化初始高活性阶段的影响；其次,研究了氢气在两种不同液化溶剂中的溶解度规律以及氢气预溶解对煤液化初始高活性的影响；最后,考察了钼酸铵及高分散铁系催化剂对煤液化初始高活性阶段的影响。得到了以下主要结论：普通液化条件下,分别以萘和四氢萘为液化溶剂,发现液化5min时其转化率分别达到相同实验条件下最高转化率的90.49%和72.36%。这表明初始5min内的液化反应对总转化率作出巨大贡献,此阶段内反应活性高、反应速度大、完成了绝大部分煤液化反应。在450℃,氢气或氮气冷初压7Mpa,煤液化初始高活性阶段未添加催化剂时,不论以萘还是四氢萘为液化溶剂,氮气气氛下的转化率均略高于同条件下氢气气氛下的转化率,并且各相应液化产物的产率也相差不大,表明氢气在该反应条件下几乎没有参与煤液化反应。一定条件下,氢气在四氢萘和萘中溶解度随着系统中氢气平衡分压的增大而线性增大,随着温度的升高也增大。根据氢气在萘及四氢萘中的溶解速度的不同可将溶解过程分为三个阶段：快速溶解阶段,慢速溶解阶段和溶解平衡阶段。尤其值的关注的是,初始5min内,氢气在两种溶剂中的溶解量均已达到此条件下最大溶解量的78.54%,表明溶解过程不应是煤液化初始高活性阶段氢气未能有效参与液化反应的主要原因。通过添加催化剂前后煤样的TG和DTG曲线对比研究可得,添加高分散铁系催化剂或钼酸铵催化剂对原煤的热解反应影响较小。氮气气氛下,不论以萘还是以四氢萘为液化溶剂,添加这两种催化剂均不能提高初始高活性阶段的液化总转化率；氢气气氛下,不论以萘还是以四氢萘为液化溶剂,添加高分散性铁系催化剂均能促使氢气参与煤液化反应,使液化总转化率提高并使液化产物分布趋于轻质化。在煤液化初始高活性阶段,当液化反应系统中溶剂供氢能力较强,溶剂的量充足时,与缩聚反应相比,加氢反应占先,占优。液化过程中,活性氢的来源有三个方面,煤自身氢,氢气和溶剂,对煤液化初始高活性阶段的贡献而言,溶剂最重要,煤中氢次之,氢气最小。另外,只有在三种氢源都存在时,并且在合适的催化剂作用下,才能达到最高的煤液化转化率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 前言
• 第一章 文献综述与选题意义
• 1.1 煤直接液化综述
• 1.1.1 煤液化研究现状
• 1.1.2 煤的结构及其对煤液化的影响
• 1.1.3 溶剂的性质及其对煤液化的影响
• 1.1.4 氢气的性质及其对煤液化的影响
• 1.1.5 催化剂对煤液化的影响
• 1.1.6 普通液化机理
• 1.1.7 高温快速液化
• 1.1.8 煤直接液化过程动力学
• 1.2 氢气溶解度的测定与研究
• 1.2.1 气体溶解度的测定方法
• 1.2.2 气体溶解度的表示方法
• 1.2.3 氢气溶解度的文献总结
• 1.3 选题目的与研究内容
• 1.3.1 选题目的
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 煤液化反应初始阶段的高活性
• 2.1 实验条件与方法
• 2.1.1 实验煤样、溶剂、气体的性质
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 实验过程及注意事项
• 2.1.4 实验结果处理与计算方法
• 2.2 时间对煤液化的影响
• 2.3 气氛对煤液化初始高活性阶段的影响
• 2.4 结论
• 第三章 氢气的预溶解对煤液化初始高活性阶段的影响
• 3.1 实验方法及步骤
• 3.1.1 实验方法
• 3.1.2 实验原理
• 3.1.3 实验方案的确定
• 3.1.4 实验物料及试剂
• 3.1.5 实验装置
• 3.1.6 测定的条件和范围
• 3.1.7 实验步骤
• 3.1.8 实验数据分析
• 3.2 氢气在甲苯中溶解度测量
• 3.2.1 氢气在甲苯中溶解度的测量
• 3.3 氢气在煤液化溶剂中溶解度测量
• 3.3.1 氢气在四氢萘中溶解度的测量
• 3.3.2 氢气在萘中溶解度的测量
• 3.4 氢气预溶解对煤液化初始高活性的影响
• 3.4.1 氢气预溶解对煤液化初始高活性的影响
• 3.5 结论
• 第四章 催化剂对氢气参与煤液化初始高活性阶段反应的影响
• 4.1 催化剂对煤热解的影响
• 4.1.1 钼酸铵对煤热解的影响
• 4.1.2 高分散铁系催化剂对煤热解的影响
• 4.2 不同气氛下催化剂对煤液化初始高活性的影响
• 4.2.1 氮气气氛下钼酸铵催化剂对煤液化初始高活性的影响
• 4.2.2 氮气气氛下高分散铁系催化剂对煤液化初始高活性的影响
• 4.2.3 氢气气氛下钼酸铵催化剂对煤液化初始高活性的影响
• 4.2.4 氢气气氛下高分散铁系催化剂对煤液化初始高活性的影响
• 4.3 氢气在煤液化初始高活性阶段的作用
• 4.4 结论
• 第五章 总结论及建议
• 本文创新点
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 致谢