甲烷气氛下煤直接液化的初步研究

【摘要】：我国是石油短缺、煤炭储量相对较大的国家,为保证国家能源供应,开发煤直接液化技术有重要的经济和战略意义。我国目前的煤直接液化技术投资成本高,大约为1万元/吨,为同等规模石油加工企业的6-7倍,而其中生产氢气的成本就占到了总成本的三分之一甚至一半左右,氢耗量的多少直接影响煤直接液化的成本。若能用其他廉价易得的富氢气体(例如天然气、焦炉煤气等)来代替氢气作煤直接液化的气氛,则可以大大地减少煤直接液化工艺工业化的投入,使其更具有经济性和环保性。 本文考察了陕西榆林煤在煤直接液化过程中溶剂、气氛对煤液化转化率及产物的影响,着重研究了甲烷气氛下该煤种的液化反应性,主要研究了负载金属催化剂在纯氢和纯甲烷气氛下煤直接液化过程中的应用对比。通过上述工作,得出以下主要结论： (1)在纯四氢萘作溶剂的情况下,氢气、氮气、甲烷作气氛的煤转化率几乎一致,说明溶剂供氢相对于气氛供氢更加地迅速和有效,煤液化反应的氢传递首先进行得是溶剂供氢,同时优秀供氢溶剂量足够时会减弱气氛和催化剂在反应中起到的作用。 (2)煤直接液化反应条件下甲烷的反应活性虽不如氢气,但转化率还是明显高于氮气下的,所以甲烷气氛在煤直接液化反应中即使是在无催化剂的情况下也是具有一定活性的。 (3)无催化剂条件下,当煤液化反应溶剂为纯甲基萘或者与四氢萘的混合溶剂时,煤转化率随着氢气在氢气甲烷混合气氛中比例的增加而增大,并且在反应溶剂中有四氢萘存在的情况下,氢气对反应的促进作用更加明显。 (4)纯甲基萘作溶剂的情况下,反应中的氢气和甲烷无协同效应；而随着供氢溶剂四氢萘地加入,氢气和甲烷气氛开始出现协同效应,四氢萘加入量越多,协同效应明显,说明溶剂对氢气和甲烷在煤直接液化反应中的协同效应有一定的影响,溶剂供氢能力越强,氢气和甲烷的协同效应越明显。 (5)采用等体积浸渍法制备的催化剂Ni/SAPO-34对甲烷气氛下煤的液化反应催化效果明显,反应总转化率为57.6%,超过相同条件下纯氢气气氛时煤的转化率(54.6%),并且该催化剂比本文中其他催化剂催化效果都要好。 (6)采用等体积浸渍法制备的催化剂Ni/SAPO-34,起主要催化作用的是载体SAPO-34,担载金属Ni起到了促进重质组分向轻质组分转化的作用。催化剂Ni/SAPO-34中活性组分是金属镍,不是氧化镍。 (7)不同的金属担载在相同的分子筛上产生的催化效果是不一样的,对于甲烷气氛,单质镍担载在分子筛上的催化效果最好,铜次之,氧化铅最差。将氧化铅担载在三种分子筛上制成的催化剂在反应中起到了负催化作用。 (8)采用等体积浸渍法制备的催化剂Ni/SAPO-34应用于甲烷气氛下煤直接液化反应的,最佳镍担载量为7.0wt%,最佳添加量为2.0wt%。 【关键词】：煤直接液化 甲烷气氛 溶剂 负载金属催化剂
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ529.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文献综述与选题意义11-27
• 1.1 煤直接液化技术概况11-13
• 1.1.1 煤直接液化技术发展的必要性11
• 1.1.2 国内外典型煤直接液化技术简介及发展现状11-13
• 1.2 煤直接液化工艺的主要影响因素13-17
• 1.2.1 煤种13
• 1.2.2 溶剂13-15
• 1.2.3 催化剂15-16
• 1.2.4 氢气在煤直接液化中的作用16-17
• 1.3 非纯氢气氛在煤直接液化中的应用17-22
• 1.3.1 甲烷或焦炉气17-20
• 1.3.2 合成气或CO和H_2O20-21
• 1.3.3 非纯氢气氛下催化剂的应用21-22
• 1.4 本课题研究内容22-23
• 参考文献23-27
• 第二章 实验部分27-35
• 2.1 实验原料和化学试剂27-28
• 2.1.1 实验试剂27
• 2.1.2 实验用煤样27-28
• 2.2 实验仪器及装置28-30
• 2.2.1 液化反应装置28-30
• 2.2.2 煤液化产物分离、干燥装置30
• 2.3 实验方法30-33
• 2.3.1 煤液化方法30-31
• 2.3.2 液化产物抽提方法31-32
• 2.3.3 催化剂制备方法32-33
• 2.4 计算方法33-35
• 第三章 甲烷和氢气气氛及供氢溶剂对煤直接液化的影响35-51
• 3.1 甲烷在煤直接液化反应条件下是否具有活性的探讨36-39
• 3.1.1 现象与结果36-38
• 3.1.2 分析与讨论38-39
• 3.2 不同溶剂下,气氛对煤直接液化的影响39-41
• 3.2.1 现象与结果39-41
• 3.2.2 分析与讨论41
• 3.3 不同气氛下,溶剂对煤直接液化的影响41-45
• 3.3.1 现象与结果42-44
• 3.3.2 分析与讨论44-45
• 3.4 不同溶剂下,气氛变化对煤直接液化产品各组分的影响45-47
• 3.4.1 现象与结果45-47
• 3.4.2 分析与讨论47
• 3.5 氢气和甲烷气氛在煤直接液化反应中协同作用的初步探讨47-50
• 3.5.1 现象与结果48
• 3.5.2 分析与讨论48-50
• 参考文献50-51
• 第四章 甲烷气氛下煤直接液化的负载型催化剂的制备与应用51-69
• 4.1 典型氢气气氛下煤直接液化催化剂应用于甲烷气氛时的催化效果分析51-53
• 4.1.1 现象与结果52
• 4.1.2 分析与结论52-53
• 4.2 相同溶剂下,不同气氛和催化剂对煤直接液化的影响53-55
• 4.2.1 现象与结果53-54
• 4.2.2 分析与讨论54-55
• 4.3 相同催化剂下,不同气氛和溶剂对煤直接液化的影响55-57
• 4.3.1 现象与结果55
• 4.3.2 分析与讨论55-57
• 4.4 载体及担载金属在催化剂中的不同作用57-60
• 4.4.1 现象与结果57-58
• 4.4.2 分析与讨论58-60
• 4.5 分子筛及担载金属种类对催化剂在煤直接液化反应中作用的影响60-65
• 4.5.1 担载金属种类对催化剂在煤直接液化反应中作用的影响60-63
• 4.5.2 分子筛种类对催化剂在煤直接液化反应中作用的影响63-65
• 4.6 金属担载量对催化剂在煤直接液化中催化性能的影响65-66
• 4.6.1 现象与结果65
• 4.6.2 分析与讨论65-66
• 4.7 催化剂添加量对煤反应转化率的影响66-68
• 4.7.1 现象与结果66-67
• 4.7.2 分析与讨论67-68
• 参考文献68-69
• 第五章 总结69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 建议70-71
• 致谢71-73
• 发表论文情况73

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