神東煤直接液化殘渣與煤共熱解相互作用研究.pdf

1、熱解是煤的液化、氣化、燃燒等熱轉(zhuǎn)化過程的初始階段和重要步驟，也是低階煤資源分級煉制清潔高效利用的有效途徑之一。低階煤揮發(fā)分含量高、熱轉(zhuǎn)化溫度低，是低溫熱解提質(zhì)的最佳原料。液化殘渣是煤直接液化過程的副產(chǎn)物，約占原料煤質(zhì)量的30％且含有較多的液化重質(zhì)油組分。由于殘渣粘結(jié)性、膨脹性強，單獨熱解容易造成出焦困難及熱解爐阻塞。將低階煤與液化殘渣共熱解以期解決傳統(tǒng)煤熱解工藝焦油收率低、品質(zhì)差的問題，同時可以提高整個液化工藝的經(jīng)濟性。
　　本文

2、首先在自行搭建的單段式固定床反應器上進行了神東煤（SD）與其直接液化殘渣（DLR）的共熱解實驗，對熱解產(chǎn)物及碳/氫/氧元素分布進行了考察，并結(jié)合焦油的熱重模擬蒸餾、氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）、核磁共振（NMR）等表征對共熱解過程發(fā)生的相互作用進行了分析。進一步進行了神東煤與液化殘渣的混合/分層（上層-U，下層-L）共熱解實驗，以探究共熱解過程中的供/受氫情況。為了考察相互作用的來源，將液化殘渣分為四氫呋喃可溶物（THFS）和四氫呋喃不溶物（

3、THFIS）兩部分，進行了共熱解實驗。最后，利用熱重分析儀對熱解半焦的氣化反應性進行了考察，并結(jié)合半焦物理化學性質(zhì)對反應性差異的原因進行了解釋。得到了以下結(jié)果和結(jié)論：
　　(1)神東煤與液化殘渣共熱解過程存在著相互作用，與理論值相比，共熱解液體產(chǎn)物（焦油、熱解水）產(chǎn)率有所增加，半焦、氣體產(chǎn)率降低。共熱解改變了元素分布，共熱解焦油中碳/氫/氧元素含量較理論值增加，更多的氫和氧遷移至焦油和水中。
　　(2)神東煤熱解焦油主要由沸

4、點<400 ℃的組分構(gòu)成，而液化殘渣焦油組分多為高于400 ℃的稠環(huán)芳香類物質(zhì)。共熱解焦油產(chǎn)率增加主要是沸點高于300 ℃的多環(huán)芳香物質(zhì)的貢獻，焦油中稠環(huán)芳香氫所占比例有所增加。
　　(3)共熱解焦油正己烷可溶物中有氫化芳香結(jié)構(gòu)如2-甲基-9H芴的生成，酚類物質(zhì)總量較理論值略有增加。同時，液化殘渣的添加抑制了復雜酚類化合物向簡單酚類化合物的轉(zhuǎn)化。
　　(4)神東煤與液化殘渣以不同放置方式共熱解時相互作用程度大小依次為：SD(

5、L)+DLR(U)> SD(U)+DLR(U)> SD(U)+DLR(L)。相同條件下，THFS較神東煤對氫的利用能力更強。共熱解過程中神東煤與液化殘渣 THFS發(fā)生相互作用，使得部分 THFS單獨熱解會縮聚成半焦的碎片被神東煤裂解生成的自由基穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為焦油，進而導致了相互作用的發(fā)生。
　　(5)熱解半焦的CO2氣化反應性為神東焦>共熱解焦>液化殘渣焦。隨著DLR添加量的增大，共熱解半焦的CO2氣化反應性逐漸降低。共熱解半焦石墨化