探讨催化剂对宝日煤液化性能的影响

时间：2022-11-18 09:08:23 MBA毕业论文我要投稿

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探讨催化剂对宝日煤液化性能的影响

引言
　　
　　煤液化是一个涉及煤化学、有机化学、物理化学和化学工程等多学科的系统工程，深入开展液化的基础研究不仅对开发先进的煤液化工艺具有重要的指导意义，而且可以促进相关学科的发展。
　　为了 21 世纪我国国民经济持续高速发展，解决好能源供应和环境保护问题是非常重要的任务。而且随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，我国一次能源中石油供需矛盾日益突出。，因此“以煤代油”和“以煤制油”自然就势不可挡地提到议事日程，成为保证油品长期和稳定供应的一条途径[1]
　　固体催化剂主要由活性组分、助剂和载体三部分构成。催化剂应该具有的基本性能是催化活性、选择性和寿命[2]。选择催化剂的活性组分是研制催化剂的主要环节。活性组分又称为主催化剂，它是工业催化剂中产生活性的主要部分[3-4]。煤直接液化的催化原理的研究主要集中于铁基化合物和钼的化合物，而这两种类型的催化剂催化机理又都与硫有关，因为硫在煤的液化中的加入会促进了这类催化剂活性的提高[5-6]
　　
　　1 实验
　　
　　1.1 实验原料
　　（1）煤样的工业和元素分析
　　本实验所用煤样为宝日褐煤。液化反应前均先粉碎至200 目以下。实验中选取煤的煤质分析如所示
　　(2)化学溶剂
　　实验中所用溶剂为四氢萘，抽提溶剂为正己烷和四氢呋喃，性质表分别。
　　
　　1.2 仪器
　　CJ（K）磁力驱动反应釜（威海新元化工机械有限公司），索氏抽提器， RE-52A 旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂），SHZ-Ⅲ循环水多用真空泵（上海亚荣生化仪器厂）， BS-124S电子天平（Sartorius），圆底烧瓶，玻璃仪器干燥器等。
　　
　　1.3 实验设计
　　本实验均在氢气初压为6.8MPa 的情况下反应，温度设定为430℃，煤溶比为1：3，反应时间选择45min，转速460 转/分。分别在催化剂钼系，铁镍，铁钴下的催化反应，考察不同催化剂对宝日褐煤液化的影响。
　　
　　2 结果和讨论
　　
　　2.1 催化剂加硫助剂对液化的影响
　　由在液化反应过程加入S 与不加硫相比反应活性及煤的转化率都有很大程度的提高。如采用FeNi 混合型催化剂在不加硫时总转化率(C%)和(O+G+W)%只有84.23%和76.31%，而在液化过程中加入活性硫后总转化率(C%)和(O+G+W)%分别达到86.16%和83.94%；在液化过程中采用FeCo 混合型催化剂与加硫反应也有明显差距。
　　助剂硫对催化剂的活性有很大影响，推测是因为宝日煤属于低硫煤，含硫0.4193%，故外加升华硫有很大作用。硫的作用如下：
　　S+H2+H2S+H2S+HS+H(裂解)
　　R(煤裂解自由基)+H-RH (供氢)
　　HS+H2-H2S+H (自由基传递)
　　3H2S+Fe2O3 FeS+FeS2+3H2O (硫化)
　　R1-O-R2(煤)+H2S R1OH+R2SH (解聚)
　　Fe1-xS 中有较多的金属空位，可吸附H2S，加速其裂解，也可吸附煤裂解产生的自由基，防止其缩聚。研究发现，Fe1-xS 对四氢萘脱氢和许多有机化合物的加氢有催化作用，其活性随气相中H2S 浓度的增加而提高。
　　在富氢液化反应体系中都是先生成H2S，而H2S 有两个作用[98]一是可以促进Fe1-XS 的生成，二是可以促进液化产物的生成。从这一点可以知道，是铁原子在煤表面的分散和与煤颗粒的接触状态决定催化剂的活性，而铁向Fe1-XS 的转变主要靠与S 或H2S 的反应。也就是说，在煤液化铁催化剂的研究中，应主要考虑铁与煤的接触状态。以上实验证明，煤液化时加入适量的硫可以增加煤的转化率，特别是油的产率。
　　
　　2.2 不同催化剂对宝日煤液化性能的影响
　　由可以看出，在宝日褐煤液化过程中添加钼系催化剂的总转化率(C%)最高为90.12%，其次铁镍催化剂下的86.16%，最后是铁钴催化剂下的82.99；而油的转化率((O+G+W)%)最高为铁镍催化剂为83.94%，其次钼系催化剂下的81.22%，最后是铁钴催化剂下的70.87%；在钼系催化剂作用下，宝日煤的裂解活性最大，但是在反应过程中缩聚现象比较严重，导致前沥青烯和沥青烯产率偏高，降低了油的转化率。分析其原因，还是与反应过程中供氢不足有关。由于催化剂通过对某种反应物的化学吸附可以形成化学吸附键，致使被吸附分子的电子或几何结构发生变化从而提高了化学反应的活性。通过上述数据可以看出在钼系催化剂的作用下的化学吸附高于在其他催化剂作用下的化学吸附，所以液化的总转化率高于其他催化剂。
　　
　　3 结论
　　
　　1 在液化过程中，宝日褐煤在铁镍和铁钴催化剂下，加入S 与不加硫相比反应活性及煤的转化率都有很大程度的提高。
　　2 通过对宝日褐煤在不同催化剂的液化性能比较发现在钼系催化剂下的催化性能高于在铁系下的催化性能。

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　　[参考文献]
　　[1] 吴秀章.中国煤炭转化的发展与机遇[J]·洁净煤技术, 2012, 14 (1)
　　[2] 刘希尧. 有机化工原料工业中的催化技术和催化剂. 见：魏文德主编. 有机化工原料大全. 第二版. 北京：化学工业出版社，1999
　　[3] Farcasiu M, Smith C. Fuel Process Technol 1991;29:199.
　　[4] Bacaud R, Besson M, Djega-Mariadassou G. Energy Fuels 1994;8:3
　　[5] Cooke S W,Schmidt E,Song Cet al.Energy &Fuels,1996,10:591~596．
　　[6] Schmidt E,Song C,Schobert H H.Energy &Fuels,1996,10:597~602

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