低階煤催化解聚研究.pdf

1、化石能源的大量使用是造成全球變暖的主要原因，但我國能源資源的賦存狀態(tài)決定了高碳的煤炭在相當一段時期內(nèi)依然是我國一次能源來源的必然選擇。作為現(xiàn)代煤化工基礎的煤氣化過程是先將煤中的化學鍵全部打破，然后再重組，合成各種化工產(chǎn)品，這導致了煤氣化過程中大量的能量輸入和損耗，進而造成了大量的二氧化碳排放。因此，創(chuàng)新煤轉(zhuǎn)化思路、開發(fā)低碳煤轉(zhuǎn)化工藝，對于兌現(xiàn)我國未來對國際社會碳減排的承諾，保障我國經(jīng)濟高速發(fā)展中的能源供應和關鍵產(chǎn)品領域的能源安全具有重要

2、的戰(zhàn)略意義。
　　在我國煤炭資源中，低階煤（褐煤和低變質(zhì)煙煤）儲量大，目前低階煤的探明儲量及產(chǎn)量均占50％左右。相對于中、高煤階煤，低階煤中煤以二環(huán)或三環(huán)芳香結構為主，芳香結構單元間以豐富的橋鍵相連。在溫和條件下盡可能將煤中這些高價值結構解離出來，并以此為基礎開發(fā)煤基高分子化工生產(chǎn)工藝，可望在低碳排放下實現(xiàn)煤的高值利用。
　　過時的不是煤炭，而是利用煤炭的方法。通過催化劑的作用，改變煤中化學鍵的鍵能，使在相對溫和的條件下，有

3、更多的小分子芳香環(huán)從大分子結構上解離，成為產(chǎn)物釋放。催化熱解概念并不新鮮，但加入煤中的催化劑在煤熱解過程中能否如愿對煤中化學鍵的斷裂進行干預，卻值得深究。所以，研究催化劑對煤熱解的作用，首先要使催化劑能高分散地與煤分子深度接觸。
　　本文首先采用了一種新的催化劑加入方法，將催化劑迅速快捷地加入到大顆粒煤中，在此基礎上進行的研究主要考察三個方面：（1）研究中所用的催化劑及其加入方式能否促進煤的低溫解聚，增加焦油收率；（2）加入的催化

4、劑使熱解產(chǎn)物的品質(zhì)發(fā)生怎樣的變化；（3）催化劑對煤解聚的作用機理。
　　通過對 Fe基催化劑和 Mo基催化劑加入煤中進行熱解所形成的焦油、煤氣、半焦收率及組成變化的研究，獲得了以下主要結論：
　　1、采用程序升溫的方式在釜式反應爐中進行了兩個系列14個煤的鐵催化低溫解聚實驗。在 Fe催化劑作用下，多數(shù)褐煤及低階煙煤的熱解轉(zhuǎn)化率及焦油收率有不同程度的增減，證明了本研究采用的催化劑及其加入方式實現(xiàn)了對煤熱解的干預；多數(shù)煤呈現(xiàn)的熱

5、解轉(zhuǎn)化率增加及焦油收率增加驗證了可以通過該類型催化劑及添加方式促進煤的解聚，即實現(xiàn)煤的催化解聚。
　　2、通過元素分析、TG及GC-MS等技術對熱解焦油進行了多方位分析，F(xiàn)e基催化劑使內(nèi)蒙A煤催化解聚焦油中酚類化合物收率增加了132%，Mo催化劑使則使其焦油中二環(huán)芳烴化合物收率增加了96%；Fe基催化劑和Mo基催化劑均使新疆A煤催化解聚焦油中，烷烴類化合物收率顯著增加，分別增加了111%和117%，焦油中低于300℃的輕質(zhì)組分含量

6、分別增加了9.15%和14.6%，焦油均呈現(xiàn)出顯著的輕質(zhì)化。
　　3、運用紅外、拉曼及 XRD技術，對熱解半焦的聚合度進行了分析，F(xiàn)e基催化劑和Mo基催化劑均使內(nèi)蒙A煤與新疆A煤在催化解聚過程中抑制了半焦的聚合，遲滯了半焦的石墨化發(fā)展。
　　4、通過色譜分析，在催化劑作用下，內(nèi)蒙 A與新疆 A催化解聚煤氣中H2與CH4含量降低，煤氣熱值降低。
　　5、Fe基催化劑在煤熱解過程中同時具備催化裂解和加氫功能，兩種作用的顯性

7、程度與煤種結構特性有關，在內(nèi)蒙A煤中主要體現(xiàn)裂解作用，在新疆A煤主要顯現(xiàn)加氫作用。Fe基催化劑催化作用機制為：Fe通過落位富電官能團促進這些基團的斷鍵，通過對H的親和作用控制析氫速度，增加了捕獲裂解碎片的機會，抑制了縮聚成焦，增加焦油收率。
　　6、Mo的催化解聚作用主要表現(xiàn)為加氫作用，且具有一定的選擇性，即表現(xiàn)為促進焦油的加氫，而Fe催化劑對焦油碎片和半焦碎片都具有加氫作用，進而明顯降低半焦縮聚度。
　　7、進行了半焦的N

8、2吸附與CO2氣化反應性表征，研究表明Fe基催化劑和Mo基催化劑通過改變煤的熱解歷程，改變了半焦的孔隙結構，從而影響了半焦的氣化反應行為。對新疆A煤，F(xiàn)e基催化劑呈現(xiàn)出對半焦更為明顯的加氫作用，使半焦的比表面積顯著增加，進而使半焦的氣化反應性提高1.2倍。
　　8、催化劑不僅干預煤的熱解，而且也對煤中的硫有催脫和催阻作用。內(nèi)蒙A煤加入催化劑后，相對原煤，各無機形態(tài)硫及有機硫脫除率均顯著下降，導致總脫硫率分別下降了8.48%和47.