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。

煤基前沥青烯的FeS+S催化加氢动力学研究

为了优化煤直接液化工艺条件和提高油收率,本研究利用30 m L高压管式反应釜研究了煤直接液化重质产物前沥青烯加氢液化行为,考察了Fe S+S催化剂下反应温度(380、400、420和440℃)、液化时间(0、5、10、20、30和60 min)、5.0 MPa氢初压和四氢萘溶剂条件下前沥青烯液化转化行为,同时考察了前沥青烯的催化加氢液化反应动力学。利用集总动力学法建立了FeS+S催化前沥青烯加氢的动力学模型。研究表明,前沥青烯加氢直接生成沥青烯和焦渣,而沥青烯进一步加氢裂解生成油和气,高温下发生明显的逆向缩合反应,即前沥青烯生成焦渣和沥青烯生成前沥青烯。温度和反应时间的增加有利于提高前沥青烯的转化率和油气收率,440°C下反应60 min时,前沥青烯的转化率为79.45%,油气收率为34.7%。380-440℃温度下,动力学模型能够较好地描述小龙潭液化产物前沥青烯的加氢转化行为,各步转化均符合Arrhenius表观活化能公式,并且活化能变化为50-245 k J/mol。

反气相色谱法研究前沥青烯的表面性质

采用反气相色谱法表征前沥青烯的表面性质,测定了其表面色散自由能及酸碱常数,并基于极性探针的吸附,得到极性探针在前沥青烯表面的极性吸附自由能?G^(sp)和极性吸附焓?H^(sp)。结果显示,温度在60~100℃范围内,前沥青烯的表面色散自由能随着温度的升高而逐渐减小。前沥青烯表面的酸常数K_a为0.91,碱常数K_b为2.98,K_b/K_a=3.27。由此可知,前沥青烯为两性偏碱性材料。

昭通褐煤催化热溶解聚及其可溶物组成和结构特征

温和热溶是从褐煤获取可溶有机质的有效途径,然而传统热溶过程可溶物收率较低。通过共沉淀法制备了一系列Al_(2)O_(3)负载金属催化剂,考察了昭通褐煤在异丙醇中的热溶和催化热溶行为。采用XRD、H_(2)-TPR、TEM和XPS研究了催化剂的物理化学特征,利用GC/MS、FTIR和MALDI-TOF-MS分析了热溶和催化热溶可溶物的组成和结构特征。结果表明,NiCu/Al_(2)O_(3)对昭通褐煤的催化热溶活性优于其他催化剂,该催化剂中活性组分以NiCu合金的形式存在,且Ni与Cu之间存在相互作用。热溶与催化热溶可溶物收率均随温度升高呈先上升后下降的趋势,320℃可溶物收率最高,分别为27.69%和50.54%。催化剂的引入可提高昭通褐煤可溶物中油、沥青烯(AS)和前沥青烯(PAS)收率,其中油和PAS的收率提升相较AS更明显。酚类化合物是非催化热溶衍生油的主要族组分,相对含量达到64.44%,而催化热溶衍生油主要由芳烃、酚类、醇类和酮类化合物组成,说明催化剂促进了可溶有机质碎片中共价键的断裂和酚类化合物加氢。与非催化热溶得到的AS和PAS相比,催化热溶得到的AS和PAS分子量分布范围窄,且FTIR谱图中羟基和醚键对应的吸收峰变弱或消失,说明催化热溶促进了C—O键加氢裂解。催化热溶可在相对温和的条件下从煤中直接高收率获取可溶有机质,研究结果为从褐煤直接获取化学品技术的开发提供参考。

低阶煤温和液化特征分析

利用管弹反应器考察了霍林郭勒褐煤在温和条件下的液化特征,探讨了温度、溶剂、压力、气氛、催化剂对液化产物分布的影响;分别利用程序升温热解技术和红外光谱分析了液化产物中己烷不溶物的气态烃逸出规律和结构特征;利用凝胶渗透色谱、同步荧光光谱和红外光谱分析了不同反应条件下产物沥青烯和前沥青烯的结构特征。结果表明,实验条件下霍林郭勒煤的起始热解液化温度在350℃左右;随温度的升高,液化转化率增大。较高温度时(450℃)缩聚反应加剧,液化转化率开始减小;溶剂对沥青烯类产物的生成极为重要,提高反应压力和添加催化剂主要促进油气的生成;温和条件下(350、400℃)对霍林郭勒煤的临氢处理,可获得热解反应性较原煤高的液化残渣(己烷不溶物);产物沥青烯和前沥青烯的分子量在液化温度为300和350℃时为最大;随反应温度升高,沥青烯和前沥青烯的芳烃结构特征增强,烷烃结构特征减弱。

黑山煤制油煤浆高温高压条件下的黏度变化

研究了黑山煤和闪蒸油制成的油煤浆的黏温变化规律。在高温高压直接液化条件下,不同浓度、不同升温速率的黏度变化规律,为黑山煤直接液化试验提供初步的基础数据。选用北京煤化工研究分院研制的模拟高温高压条件下油煤浆黏度变化的高压釜,利用功率准数法,通过记录高压釜扭矩变化来换算成油煤浆黏度,分析产生黏温变化的原因。试验结果表明,试验配制的油煤浆在不同浓度和不同升温速率下,均出现黏度峰,黏度峰的峰值和出现的温度不同。研究认为:第1个黏度峰的出现是由于溶剂对煤的溶胀作用;第2个黏度峰的出现是由于油煤浆加氢生成了较高质量分数的前沥青烯。

煤直接液化中油煤浆热溶产物的^(13)CNMR研究

研究油煤浆热溶产物的成分及含量的变化是控制煤直接液化工艺的重要因素之一.本文采用固体核磁共振研究了在高压釜中用不同溶剂在不同温度下(250～370℃)得到的神华煤及其热溶产物的一些变化规律.通过对神华煤及其热溶中间产物与抽余煤的13CCP/MAS/TOSSNMR分析可知,神华煤经热溶处理后,脱除了一些含氧官能团以及某些脂肪烃结构.同时,一些芳香桥碳分子和被取代的芳香碳环发生了断裂,随着反应温度逐渐升高,由于不断供氢,四氢呋喃抽提物的芳香度逐渐降低,抽提率逐渐增大.