胜利褐煤碱解产物的转化研究

论文摘要

煤系重质碳资源的高效洁净利用对国民经济的可持续发展至关重要。本文以胜利褐煤碱解产物（SDP）作为煤系重质碳资源的模型化合物，从加氢转化及制备炭材料两个方面对其转化行为进行了研究。重点研究了SDP的结构特征、考察了SDP在不同固体酸催化剂、Ni-Mo-S/Al2O3及Ti（Zr）改性Ni-Mo-S/Al2O3催化剂作用下的加氢转化性能及产物分布，初步探索了以SDP为原料制备炭材料的可行性。结果表明：SDP中含有各种含氧官能团、芳香结构和脂肪结构。SDP中的主要组分-四氢呋喃可溶物（THFS）为含有烷基取代基的13环的芳香结构通过烷基链和脂肪环等连接构成的有机大分子。SDP易于加氢转化为轻质产物-正己烷可溶物（HS）和气体。加氢催化剂初步筛选实验表明：固体酸催化剂活性不高；Ni-Mo-S/Al2O3催化剂对SDP具有较高的催化加氢活性，THFS在加氢过程中具有最高活性，易于转化为HS，1g SDP与0.1g催化剂和2ml四氢萘（THN）在400oC，5MPa H2初压下反应1h后， THFS组分减少70.7wt%，HS组分增加63.8wt%。通过Zr（Ti）改性后，Ni-Mo-S/Al2O3催化剂对SDP的加氢效果显著增加，可使HS组分增加64.8wt%，同时可显著抑制THFI的生成；更重要的是Ni-Mo-S/Al2O3和Ni-Mo-S/Zr-Al2O3催化剂在SDP加氢转化过程中均显示出较好的重复使用性能。SDP经Ni-Mo-S/Al2O3和Zr（Ti）改性Ni-Mo-S/Al2O3催化剂加氢所得产物HS主要为苯和甲苯、萘、蒽和少量芘，经Zr改性所得Ni-Mo-S/Zr-Al2O3更有利于萘类化合物的生成，产率可提高19.4%左右。Zr改性Ni-Mo-S/Al2O3催化剂活性高的原因在于Zr的引入减弱了活性组分与载体的相互作用、增加了催化剂的酸性和改变了活性相MoS2的形貌（MoS2棒堆积层数和长度增大）。模板剂的种类、温度显著影响以SDP为原料所制备炭材料的形貌。以SDP为原料、CTAB为模板剂可以制备炭微球，在600oC通过高温溶剂热法可制得到碳含量为86.4%，直径在5-10μm的表面光滑的炭微球；所得炭球为无定形碳，抗烧蚀性能和热稳定性较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 褐煤加工意义
• 1.2 褐煤转化工艺
• 1.2.1 褐煤的直接燃烧
• 1.2.2 褐煤的热解和炼焦
• 1.2.3 褐煤气化
• 1.2.4 褐煤液化
• 1.2.5 褐煤醇解研究现状
• 1.2.6 褐煤制备超净煤
• 1.3 超净煤的加工利用
• 1.3.1 煤基重质产物的加氢转化
• 1.3.2 以煤基重质产物为原料制备炭材料
• 1.4 本课题的研究目的、意义及内容
• 第二章 试验部分
• 2.1 试验原料与试剂
• 2.1.1 煤样
• 2.1.2 试剂
• 2.2 试验仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 褐煤碱解
• 2.3.2 加氢催化剂的制备
• 2.3.3 胜利褐煤碱解产物的加氢转化
• 2.3.4 以胜利褐煤碱解产物为原料制备炭材料
• 2.4 表征方法
• 2.4.1 元素分析
• 2.4.2 红外光谱分析（FTIR）
• 2.4.3 GPC 分子量
• 2.4.4 同步荧光分析
• 1H 和¹³C NMR 分析'>2.4.5¹H 和¹³C NMR 分析
• 2.4.6 热重（TG）分析
• 2-TPR 分析'>2.4.7 催化剂的 NH3-TPD 和 H₂-TPR 分析
• 2.4.8 催化剂的 TEM 分析
• 2.4.9 SEM 分析
• 2.4.10 X 射线衍射（XRD）分析
• 第三章 胜利褐煤碱解所得产物的分子结构特征
• 3.1 元素分析
• 3.2 红外光谱分析
• 3.3 褐煤碱解产物的分子量分布及紫外光谱分析
• 3.4 同步荧光光谱分析
• 1H-NMR 和¹³C-NMR 分析'>3.5¹H-NMR 和¹³C-NMR 分析
• 3.6 褐煤碱解产物的整体结构特征
• 3.7 本章小结
• 第四章 碱解产物的加氢转化研究
• 4.1 用于碱解产物加氢转化的催化剂的初步研究
• 4.1.1 固体酸催化剂对褐煤碱解产物加氢转化性能
• 4.1.2 催化剂载体对褐煤碱解产物加氢转化行为的影响
• 4.1.3 Ni-Mo-S/Ti（Zr）-SBA-15 催化剂对褐煤碱解产物加氢性能
• 2O₃催化剂对碱解产物的加氢催化转化性能'>4.2 Ni-Mo-S/Ti（Zr ）-Al₂O₃催化剂对碱解产物的加氢催化转化性能
• 2O₃催化剂对碱解产物加氢性能的影响'>4.2.1 Ni-Mo-S/Ti（Zr ）-Al₂O₃催化剂对碱解产物加氢性能的影响
• 2O₃催化剂对碱解产物加氢所得产物分析'>4.2.2 Ni-Mo-S/Ti（Zr ）-Al₂O₃催化剂对碱解产物加氢所得产物分析
• 2O₃催化剂的表征'>4.2.3 Ni-Mo-S/Ti（Zr）-Al₂O₃催化剂的表征
• 2O₃及Ni-Mo-S/-Zr-Al₂O₃催化剂的循环使用性能'>4.3 Ni-Mo-S/Al₂O₃及Ni-Mo-S/-Zr-Al₂O₃催化剂的循环使用性能
• 2O₃催化剂的循环使用性能'>4.3.1 Ni-Mo-S/Al₂O₃催化剂的循环使用性能
• 2O₃催化剂重复使用过程中加氢所得产物分析'>4.3.2 Ni-Mo-S/Al₂O₃催化剂重复使用过程中加氢所得产物分析
• 2O₃催化剂的循环使用性能'>4.3.3 Ni-Mo-S/Zr-Al₂O₃催化剂的循环使用性能
• 2O₃催化剂重复使用过程中加氢所得产物分析'>4.3.4 Ni-Mo-S/ Zr-Al₂O₃催化剂重复使用过程中加氢所得产物分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 胜利褐煤碱解产物为原料制备炭材料的初步探索
• 5.1 碱解产物转化炭材料的前期研究
• 5.2 水热炭化法
• 5.2.1 炭化温度对所得炭材料形貌的影响
• 5.2.2 不同添加剂对所得炭材料形貌的影响
• 5.3 高温溶剂热法
• 5.3.1 温度对所得炭材料的影响
• 5.3.2 CTAB 的添加量对碱解产物转化炭材料的影响
• 5.3.3 表面活性剂的种类对碱解产物转化的炭材料的影响
• 5.4 炭微球的性质表征
• 5.4.1 元素分析
• 5.4.2 XRD 分析
• 5.4.3 热重分析
• 5.5 微球生成机理探讨
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 本文特色与创新之处
• 致谢