甲烷芳构化与煤热解耦合提高焦油产率研究

【摘要】：相比于石油资源,煤炭是一种储量相对丰富、价格较为低廉的资源。近些年来,通过煤热解的方式获取液态碳氢化合物替代石油资源的研究已受到广泛的关注。然而常规煤热解工艺的焦油产率较低,加氢热解虽然能提高焦油产率,但高昂的制氢成本阻碍了其实际的工业应用。由于甲烷具有较高的氢碳比和较低的成本,通常被认为是氢气的替代者。 本文提出了一种煤热解与甲烷芳构化耦合(MAP)的热解新工艺,并考察温度、甲烷流量等工艺条件和催化剂上Mo担载量对耦合过程焦油产率、水产率以及半焦产率的影响规律。结果发现,反应温度为700℃,甲烷流量为25 mL/min,催化剂为4%Mo/HZSM-5的条件下,MAP过程的焦油产率最高,为21.5wt.%,分别是同条件下H2和N2气氛下的1.4和1.5倍。分别考察了不同甲烷流量下的甲烷芳构化反应、甲烷气氛下热解反应和MAP过程的焦油产率,结果发现,甲烷芳构化和甲烷气氛下热解的焦油产率之和小于MAP过程的焦油产率,表明甲烷芳构化与煤热解耦合具有提高焦油产率的协同作用。 煤在不同热解气氛下得到焦油的模拟蒸馏结果表明,加氢热解过程煤焦油中轻质组分含量最高。MAP过程与N2气氛下热解相比,焦油中200℃以下馏分含量较高；从焦油中各种馏分的产率来比较,MAP过程中轻油、酚油产率最高。神木煤在不同气氛下热解焦油的GC分析结果表明,不同气氛下热解焦油中酚类物质含量最高,达到40%以上；焦油组成变化不大,但是MAP过程中各组分的产率有较大程度的提高。 论文初步探讨了耦合过程的机理,认为甲烷芳构化与煤热解耦合过程中充分利用了芳构化过程产生的可稳定煤热解碎片的自由基,避免煤中热解自由基之间的缩合,从而提高了热解焦油产率。 【关键词】：煤热解 甲烷芳构化 焦油 模拟蒸馏 Mo/HZSM-5
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ530.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-24
• 1.1 煤的热解10-17
• 1.1.1 煤的热解过程10-11
• 1.1.2 煤的反应结构模型11-13
• 1.1.3 煤的热解机理13-15
• 1.1.4 影响煤热解的因素15-17
• 1.2 提高煤热解焦油产率的途径17-19
• 1.3 甲烷无氧芳构化19-21
• 1.3.1 甲烷催化转化的途径19-20
• 1.3.2 甲烷无氧芳构化催化剂20-21
• 1.4 煤焦油的分析方法21-22
• 1.5 选题依据与研究内容22-24
• 1.5.1 选题依据22-23
• 1.5.2 研究内容23-24
• 2 实验设备与方法24-28
• 2.1 煤样制备24
• 2.2 热重分析24
• 2.3 催化剂的制备24
• 2.4 热解实验设备24-26
• 2.5 产物产率计算26
• 2.6 煤焦油的分析26-28
• 3 甲烷芳构化与煤热解耦合过程28-39
• 3.1 神木煤的分析28-30
• 3.1.1 工业分析和元素分析28-29
• 3.1.2 TG/DTG分析29-30
• 3.2 甲烷芳构化与煤热解耦合过程(MAP)30-36
• 3.2.1 Mo担载量对MAP过程热解产物的影响30-31
• 3.2.2 反应温度对MAP过程热解产物的影响31-33
• 3.2.3 气体流速对MAP过程热解产物的影响33-36
• 3.3 甲烷芳构化与煤热解具有协同作用的验证36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 煤热解焦油的模拟蒸馏和GC分析39-55
• 4.1 不同气氛下热解煤焦油的模拟蒸馏分析39-48
• 4.1.1 N_2气氛热解焦油的模拟蒸馏分析40-42
• 4.1.2 加氢热解焦油的模拟蒸馏分析42-43
• 4.1.3 MAP过程焦油的模拟蒸馏分析43-45
• 4.1.4 不同热解过程焦油的模拟蒸馏对比分析45-48
• 4.2 不同气氛下热解煤焦油的GC分析48-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 MAP过程机理探讨55-59
• 5.1 自由基机理55-56
• 5.2 自由基机理的验证56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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