Micro Morphology of Soot Particles Sampled from High Pressure Jet Flames of Diesel from Direct Coal Liquefaction

Diesel from direct coal liquefaction(DDCL) is a new type of engine alternative energy. But its hydrocarbon composition and physicochemical properties are quite different from those of Petro diesel. In this study, a premixed constant volume combustion chamber(CVCC) system with soot particle sampling devices was built. The soot particles in the spray flame were sampled and photographed by thermophoresis probe and transmission electron microscope(TEM). An automatic processing code based on Matlab software was developed to process the TEM images and extract the micro morphology parameters of the soot particles. This study has systematically studied the effects of sampling location, injection pressure, ambient density and oxygen concentration on the micro morphology of soot particles. The ambient density refers to the initial gas density in the CVCC. The results showed that various morphologies and sizes of soot particles coexisted in the upstream of the spray flame. During the evolution of soot particles from upstream to downstream in the flame, the size of soot aggregates gradually decreased, while the maturity of soot aggregates increased. With the increase of injection pressure, ambient density and oxygen concentration, the average sizes of soot aggregates and primary soot particles decreased, but the fractal dimensions of soot aggregates increased gradually. Under the same combustion condition and in-flame sampling location, the average projection area, gyration radius and primary soot diameter of soot aggregates produced by DDCL were significantly lower than those of Petro diesel. The structure of soot particles from DDCL was more compact than that of Petro diesel.

煤直接、间接液化柴油及其混合燃料液滴的蒸发特性

为研究煤直接和间接液化柴油(DDCL、DICL)及其混合燃料液滴在不同环境温度下(500、600和700℃)的蒸发特性,利用基于悬挂法的液滴蒸发试验装置,采用交叉石英丝悬挂液滴,通过燃料设计方法,将DDCL和DICL按29∶21的质量比混合后可获得与柴油理化特性非常相近的燃料.研究显示,DDCL、DICL及其混合燃料液滴蒸发规律与柴油相似,均呈现两阶段蒸发.在600℃以下与经典d^(2)定律(d为液滴直径)存在较大偏差,随环境温度的升高,与d^(2)定律的偏差逐渐缩小.在以上3种环境温度下,混合燃料液滴均表现出的蒸发性能优于柴油,分别比柴油的平均蒸发速率高27.2%、46.3%和19.6%.研究结果为煤液化柴油在柴油机上的应用提供支撑数据.

混合煤制油对共轨柴油机性能及排放影响的试验研究

在一台重型六缸柴油机改造成的单缸机上,研究了由煤直接液化柴油(DDCL)和间接液化煤制油(F-T柴油)按体积比3∶1配成的混合煤制油(D-F)的燃烧特性、经济性和排放特性,并与欧-Ⅳ柴油(DF)进行了对比分析。研究结果表明:在1600r/min下,与欧-Ⅳ柴油相比,在低负荷时混合煤制油预混燃烧放热量少,随着负荷增加,两者放热率曲线差别减小;混合煤制油循环变动小于欧-Ⅳ柴油,指示热效率比欧-Ⅳ柴油略高;混合煤制油的常规排放优于欧-Ⅳ柴油,在低负荷时HC、CO和NOx排放降低较显著,高负荷时碳烟排放显著降低。

煤制油的喷雾及燃烧排放性能试验研究

应用复合激光诱导荧光（planarlaserinducedexciplexfluoresence，PLIEF）技术研究了不同喷油压力下，煤直接液化柴油（directcoalliquefactiondieseI，DCLD）、煤间接液化柴油（F—T）和欧Ⅳ柴油（dieseIfuel，DF）的喷雾特性，同时在一台由重型六缸高压共轨柴油机改装而成的单缸机上进行了三种燃油的燃烧及排放试验。研究结果表明：两种煤制油与DF的喷雾特性比较接近，DCLD的喷雾前锋贯穿距离大于DF（平均增大了4．43％），而F—T与DF相当，两种煤制油的喷雾锥角均略大于DF，随着喷油压力的增大，啧雾前锋贯穿距离和锥角有所增大。在低负荷时（IMEP=0．5MPa）三种燃油燃烧相位和放热峰值有所差别；随着负荷的增加（IMEP=1．0～1．5MPa），三种燃油的燃烧特性差异减小。F—T的四种常规排放物均低于DF；而DCLD的碳烟排放低于DF，HC、CO和NOx排放在低负荷时高于DF，中高负荷时Co和NOx排放与DF差别不大，HC排放略低于DF。

煤炭直接液化油品加氢改质中试研究

进行了煤直接液化油品的提质加工加氢改质工艺中试试验。中试装置规模为340 kg/h进料,反应器绝热设计。结果表明,采用RGC-1/RNC-2/RCC-1催化剂组合,在冷高分压力约13.0 MPa、精制反应器和改质反应器加权平均温度分别为351.3和362.6℃的反应条件下,几乎可以全部脱除煤直接液化油中的S、N、O等杂质,同时绝大部分二环以上芳烃被加氢饱和,加氢精制段对芳烃加氢饱和起主要作用。此外,对煤直接液化油品加氢改质试验进行了物料衡算,详尽分析了石脑油和柴油馏分性质,考察了添加十六烷值改进剂对加氢改质柴油馏分的作用。

煤基直接液化低凝点柴油试验研究

通过化学组成分析、理化性能分析和发动机台架试验研究典型煤基直接液化柴油与石油基柴油的差异性及其产生原因,提出油品质量改进措施,分析煤基直接液化低凝点柴油使用的可行性。结果表明:煤基直接液化柴油主要由环烷烃组成(质量分数达90%),碳数分布集中,具有凝点(低于-60℃)低、密度大、体积热值高和十六烷值略低等特点以及良好的发动机适应性;现有的煤基直接液化柴油经过适当的提质处理后可以直接作为低凝点柴油使用。

共轨柴油机燃用煤直接液化柴油的燃烧与排放特性

在电控共轨柴油机上,试验研究了煤直接液化柴油(DDCL)、石化柴油及二者混合燃料的燃烧和排放特性.结果表明,与石化柴油相比,DDCL燃烧始点晚,预混合燃烧强,但在大平均有效压力时不明显.DDCL混合一定比例的石化柴油后燃烧始点接近于石化柴油.随DDCL掺混比例增加,在小平均有效压力时的NOx、CO和HC排放增加较显著,而碳烟降低.对于颗粒物排放,纯DDCL较石化柴油略高,而石化柴油掺混小比例DDCL时颗粒物排放降低.

煤基喷气燃料研究现状及展望

为促进我国喷气燃料的发展,介绍了JP-900、煤基全合成喷气燃料和煤直接液化喷气燃料3种煤基喷气燃料的研究历程和制备方法,对比分析了煤基喷气燃料和传统石油基喷气燃料的理化性能和使用性能,最后对煤基喷气燃料的发展提出了相关建议。JP-900的氮含量和硫含量都很少,具有较高的闪点和较低的冰点,密度高,极性化合物含量很少,其热稳定性和燃烧性能均优于石油基的航空燃料。煤基全合成喷气燃料的热稳定性、润滑性、材料相容性等指标相似或更优于传统石油基喷气燃料Jet A-1。煤直接液化油的组成特点与JP-900相似,具有高密度、高闪点、低冰点和富含环烷烃等特点,但其中的杂原子化合物会显著影响其燃料性能。除煤基全合成喷气燃料外,其他2种煤基喷气燃料还没有投入商业应用。未来应进一步增加煤液化产能,建立健全煤基喷气燃料的试验方法,建立煤基喷气燃料的产品标准,以实现煤基喷气燃料的大规模工业化生产和商业应用。

煤直接液化柴油加氢制备轻质白油研究

为制备轻质白油,采用贵金属加氢催化剂在30mL连续加氢实验装置上对煤直接液化柴油进行了深度加氢实验,考察了不同反应压力(6~12MPa)、反应温度(80~240℃)、体积空速(0.6~1.2h-1)条件下煤直接液化柴油的芳烃饱和行为。研究结果表明,加氢后的柴油馏程、黏度、密度等性质无明显变化,但芳烃含量大幅度下降,在合适的加氢条件下产品油中芳烃质量分数可以降低至0.01%以下,满足环保型轻质白油标准要求。通过蒸馏切割发现,煤直接液化柴油所生产的轻质白油牌号主要集中在W2-40~W2-90之间。

用烃类族组成预测神华煤直接液化柴油的十六烷值

考察了现有的柴油十六烷指数计算公式对神华煤直接液化柴油的适用性,提出了计算煤直接液化柴油十六烷值与烃类族组成的关联式,回归求取了关联式系数。结果表明,国家标准GB 11139、石油化工行业标准SH/T 0694和日本NEDO 3种计算方法均不能有效预测煤直接液化柴油的十六烷指数,计算结果的标准偏差分别为8.63、9.18和7.22;所建关联式能够很好地预测煤直接液化柴油的十六烷值,计算十六烷值与实测十六烷值相差不超过3,标准偏差为1.47。

EGR对燃用煤制油增压柴油机燃烧与排放的影响

在一台增压柴油机上通过试验方法研究了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对煤直接液化柴油(diesel from direct coal liquefaction,DDCL)和普通石化柴油的燃烧及排放的影响。试验结果表明:DDCL着火滞燃期比柴油长,燃烧持续期比柴油短,这种差别在40%EGR率下更明显;相同策略下DDCL燃烧对应的最大压升率高于柴油;当进气氧浓度低于19%后DDCL燃烧产生的NOx排放浓度低于柴油;不论采用何种控制策略,DDCL燃烧产生的碳烟排放浓度总低于柴油,产生的CO和HC排放浓度总高于柴油;柴油机分别燃用DDCL与柴油的油耗率很接近,随着EGR率的增加,DDCL的燃油经济性逐渐差于柴油。

煤直接液化工业示范装置运行情况及前景分析

介绍煤直接液化工艺技术的发展历程及世界首套百万吨级煤直接液化工业示范装置的运行情况,讨论其产业发展前景和产业化需要考虑的问题。结合该装置的4次开工、停工运行中出现的问题和改造情况,对影响示范装置长周期运行的因素进行分析。示范装置经过技术改造后连续、稳定运行1 501 h,表明装置的运行是安全可控的;产品质量对比分析结果表明,煤直接液化产品质量达到国家标准,标志着煤直接液化百万吨级装置工业化取得成功。

煤直接液化油加氢提质RCHU技术的工业应用

介绍中国石化石油化工科学研究院开发的煤直接液化油加氢提质RCHU技术在全球首套百万吨级煤直接液化油加氢提质装置的工业应用及标定情况。结果表明:装置石脑油产品硫质量分数低于0.5 μg/g,芳烃潜含量达68%左右;柴油产品密度(20 ℃)为0.842~0.855 g/cm^3,硫质量分数低于0.5 μg/g,产品质量达到设计要求;催化剂经过两次再生,累计运行近9年后仍保持较好的反应性能,稳定性好,取得良好的应用效果。

煤直接液化柴油烃类组成分析

用固相萃取-气相色谱-质谱(SPE-GC-MS)联用方法分析了煤直接液化柴油的烃类组成。该方法用SPE技术分离出柴油中饱和烃和芳烃组份,分离后的饱和烃和芳烃在带有FID检测器的GC-MS上用柱前分流的方式进样,通过两根相同的毛细管色谱柱同时得到饱和烃和芳烃的色谱数据和质谱数据,通过数据处理软件处理得到样品烃类组成分析结果。分析结果表明,煤直接液化柴油饱和烃含量为97.5%,芳烃含量为2.5%,多环芳烃含量仅为0.7%,是很好的环境友好型车用燃料。本方法具有分析速度快、准确度高、重复性好等特点。

煤直接液化柴油的储存安全性

通过对比实验,对煤直接液化柴油的储存安定性进行了考察,结果表明,经过加氢改质的煤直接液化柴油有很好的储存安定性,其氧化安定性(总不溶物)、色度、10%蒸余物残炭在储存6个月后仍远小于国家《轻柴油》标准规定的指标。此外,煤直接液化柴油的储存安定性好于对比的石油基柴油。石油基柴油掺入煤直接液化柴油后,安定性可得到一定改善。煤直接液化柴油性质稳定,密度、馏程等不随储存时间的变化而发生改变。

煤间接液化及产品加工成套技术开发研究进展

煤间接液化技术可实现煤的清洁转化,并部分解决石油对外依存的问题,成为我国替代石油和煤炭清洁化利用的有效途径之一。根据工业示范和初步商业化运行暴露的问题以及国内外研究成果,认为制约煤间接液化技术发展的瓶颈主要为:催化剂活性和选择性与国外先进水平存在差异、稳定性亟待提高,单台反应器产能较低,汽柴油产品不合格,提取有机物后合成水变为含盐废水等。为解决上述问题,国家能源集团承担了国家重点研发计划项目——先进煤间接液化及产品加工成套技术开发。本文详细总结了项目研究进展,包括:①通过对Co2C介导的原位转晶技术、载体优化及工程放大研究,实现10 kg级/批费托钴基催化剂中试规模的制备;在公斤级催化剂装量中试装置上C^+5时空产率≥0.3 kg/(kg·h),CO转化率≥90%,催化剂单次再生寿命≥6000 h,已具备工业试验的条件;②采用原位/非原位技术系统研究了催化剂活性相生成机理,完成铁基催化剂的实验室定型、中试到1 t/d的规模化生产,并在百吨油品/年中试装置运行时空产率≥1.0 kg/(kg·h),吨油剂耗≤1.0 kg,正在进行工业应用试验;③采用气固流化床装置活化费托铁基催化剂,搭建了气固流化床还原平台,完成20 t/批气固流化床的基础设计;④采用基于EMMS理论建立二相相互作用模型,并进行了浆态床反应器反应性能和流体力学模拟,并建立CFD-PBM模型,确定了65万t/a扩能改造的技术方案;⑤建立费托渣蜡的磁分离的装置、方法,完成20 L/h磁分离研究,分离后铁含量接近0.02%;⑥实现了以费托合成蜡为原料采用流化催化裂化技术生产汽油的催化剂和工艺流程实验室定型;⑦采用百万吨级煤直接/间接液化工业装置生产的柴油组分进行5 L/批调和,得到满足需求的调和柴油组分;⑧完成了采用膜分离技术实现费托合成水脱酸的实验室研究,完成了费托合成水中醇的提取和分离中试试验,以及将提取醇后的费托合成水处理为锅炉用水,实现了费托合成的水资源化利用。突破上述关键技术的瓶颈,并对形成的解决方案进行中试验证,具备条件的进行商业化应用,最后与现有成熟技术集成,形成可生产国六汽柴油产品的先进煤间接液化和产品加工成套技术。

石油替代品的生产技术进展和经济性

介绍石油替代品,主要包括煤基合成油(或由天然气制得的合成油)、乙醇、二甲醚、生物柴油和甲醇的生产技术进展和经济性,并对发展这些技术进行初步分析。

煤基液化柴油产品特性及调和试验研究

通过分析煤直接液化和间接液化柴油烃类组成和理化性能,研究了直接液化柴油和间接液化柴油工艺和产品特点差异性及差异性产生的原因,并与国Ⅵ标准柴油(-10号)进行了对比分析。结果表明,煤直接液化柴油和煤间接液化柴油产品性质具有良好的互补性:调和柴油的密度满足线性可加性,可根据目标值计算出调和比例;调和柴油的运动黏度随着间接液化柴油的质量分数的增加而增加,增加范围决于定2种原料的运动黏度值;调和柴油的凝点和冷滤点根据调和比例可调整为-50~3℃,满足国Ⅵ标准不同型号柴油要求;分别使用0~250 mg/kg不同添加量的脂肪酸型和脂肪酸酯型抗磨剂,发现调和柴油对抗磨剂具有较好的感受性,降低了调和柴油的磨痕直径。2者调和能生产出满足标准要求的低硫低芳清洁柴油,且对抗磨剂具有良好的感受性。

费托合成钴催化剂载体改性研究进展

载体和钴物种之间的相互作用对费托钴催化剂分散度和还原度具有重要影响,载体改性可以调节载体与钴物种之间的相互作用。简要介绍了费托合成钴催化剂载体改性技术及其对载体与钴物种相互作用的影响,结果表明:改性载体和钴物种之间相互作用增加时,分散度升高,还原度降低;改性载体和钴物种之间互相作用降低时,则分散度降低,还原度升高;通过多载体掺杂改性、无机助剂改性及载体表面有机改性可有效调节载体和钴物种之间的相互作用,使得催化剂具有适中的还原度和分散度,从而提高催化剂的活性。

煤直接液化油多环烷烃择形开环及催化剂研究进展

由于煤直接液化柴油组分中直链烷烃含量低、环烷烃含量高,十六烷值偏低,限制了其作为优质柴油使用,而环烷烃选择性开环技术是提高柴油质量的重要手段。介绍了煤直接液化柴油的组成特性,总结了煤直接液化油双环芳烃、三环芳烃及多环烷烃选择性加氢开环的反应机理,阐述了择形开环催化剂氧化物类载体与分子筛类载体、非贵金属活性组分与贵金属活性组分的优缺点,最后展望了多环烷烃选择性开环催化剂的研究方向。