低阶煤催化加氢转化研究进展

低阶煤有机质缩合程度低,富含桥键和侧链,氢碳原子比和挥发分高,具有较高的化学反应性。催化加氢转化是从低阶煤中获取液体燃料和化学品的有效途径之一。然而,低阶煤氧含量和水含量高,在加氢转化过程中会增加氢耗和能耗,不利于油类的生成,且给产物分离带来困难。此外,催化加氢转化通常在高温高压条件下进行,产品组成复杂且重质化程度高,导致成本高但收益低。如何优化反应体系,进而提高低阶煤转化率和液体产物收率,是低阶煤催化加氢转化亟待解决的问题。催化剂是低阶煤催化加氢转化的核心,发挥着活化氢气、促进加氢转化和脱除杂原子的作用,直接决定反应体系苛刻程度和产物品质。反应条件作为反应体系另一组成要素,既可控制煤中共价键断裂速率及活性氢生成与转移,又能抑制自由基发生缩聚反应,进而影响催化剂性能和产物组成分布。此外,预处理可以改变煤物理结构与化学活性,从而影响低阶煤催化加氢转化特性。综述了反应条件(温度、溶剂、气氛和压力)与预处理方法(热预处理、溶胀预处理、萃取预处理以及水热预处理)对低阶煤催化加氢转化或直接液化影响的研究进展,以及主要的低阶煤加氢转化催化剂,提出了下一步低阶煤加氢转化的研究方向。

碱焙烧条件对油页岩灰制备白炭黑的影响研究

采用碱焙烧法处理油页岩灰,并盐酸酸洗以达到除去灰中其他杂质从而制得高纯度白炭黑产品的目的。设计四因素三水平正交实验,研究了焙烧时间、焙烧温度、碱与油页岩灰质量比以及氢氧化钠与碳酸钠质量比四个因素对制得的白炭黑纯度的影响。通过对试验结果进行极差分析以及方差分析可得,影响白炭黑纯度的主次因素为:m(NaOH)/m(Na_(2)CO_(3))>焙烧温度>m(NaOH)/m(Na_(2)CO_(3))×焙烧温度>m(NaOH)/m(油页岩灰)>焙烧时间。最佳工艺条件为:以Na OH为活化剂,Na OH与油页岩灰质量比为1.5∶1,焙烧温度800℃,焙烧时间60 min。在此条件下制备的白炭黑二氧化硅质量分数高达98.54%。通过对添加碱混合焙烧后的油页岩灰进行表征,分析可得800℃下,碱可与油页岩灰充分反应,生成易与盐酸反应的硅酸钠等物质。这使得在酸洗过程中包裹于硅铝相中的杂质可以与盐酸充分接触,溶解于液相中,易与固态的硅酸分离,达到提纯的目的。

包覆型Fe基纳米催化剂制备及对低阶煤直接液化的影响

采用两相-水热合成法,制备了油酸包覆型Fe_2O_3(OA@Fe_2O_3)和油胺包覆型Fe_2O_3(OLA@Fe_2O_3)催化剂试样。TEM,TGA,XRD和IR等分析表征表明,其粒径分别约为5 nm和3 nm,Fe_2O_3含量为53. 40%和66. 62%(wt.%),无机部分和有机部分形成核-壳结构。以商用Fe_2O_3为参比,通过新疆淖毛湖煤样高压加氢液化实验,考察了油酸钠和油胺作为包覆剂对Fe_2O_3催化性能的影响。结果表明,不仅两试样的煤样转化率均超过96%,液化率分别提高了8. 64%和8. 34%,气产率分别降低了5. 78%和6. 34%,催化液化性能相差无几;而且OLA@Fe_2O_3试样的沥青烯和前沥青烯残碳率低于商用Fe_2O_3的,而OA@Fe_2O_3试样则高于商用Fe_2O_3的,表明前者对沥青质的轻质化作用强。故作为包覆剂,价格相对低廉的油胺可以替代油酸钠。

中温和高温煤沥青的组成结构与性质

深入分析了新疆哈密淖毛湖中温煤沥青(CTPZ)和陕西榆林高温煤沥青(CTPG)的元素组成、热稳定性、微晶结构、分子结构特征等,选用Flynn-Wall-Ozawa法计算其热解活化能,对其甲苯可溶物和热聚合后试样的甲苯可溶物进行了GC-MS分析。结果表明,CTPZ和CTPG的H/C原子比分别为1.005和0.510,O/C原子比分别为0.062和0.015;CTPZ的热解反应更加剧烈,轻组分逸出更快,热稳定性差,最终残炭率分别为16.03%和38.47%,CTPZ仅为CTPG的42%;在210~390℃,平均热解活化能分别为84.24和104.47 kJ/mol;芳香片层间距分别为0.404和0.356 nm,分别比石墨的芳香片层间距0.340 nm高出18.82%和4.71%,前者芳环上连有烷烃侧链和非平面结构的环烷烃更多,芳环层间有序性更差;CTPZ以正构长链烷烃为主,C20~C28相对含量超过50%,鉴于CTPZ正构烷烃的相对含量超过50%,且碳链长度在石蜡油的要求之内,故可分离制备石蜡油,而CTPG以芳烃为主,相对含量超过70%,其中,荧蒽类物质相对含量约达40%。热聚合结果表明,CTPG热聚合0.5 h,达到改质沥青一级品标准,宜做改质沥青原料,而CTPZ热聚合长达6 h,喹啉不溶物QI、结焦值CV和软化点SP等仍远离标准。经对热聚后试样进行GC-MS分析发现,CTPG中多环芳烃含量增加,表明其发生的是芳烃缩聚反应,而CTPZ中链状烷烃含量增加,表明其发生的是芳烃侧链部分的裂解反应。