煤直接液化基本理论详解.ppt

Page ? * 煤高温快速液化的概念、研究意义 ?概念：在煤一次热分解温度范围的高温段，一般为500℃左右，以优秀供氢溶剂作为溶剂，让反应仅持续完初始高活性阶段，一般为几分钟即终止的一种煤直接液化方法。 ?研究意义：煤高温快速液化具有反应时间短、转化率高、小分子产物较多、气产率较低等优点，因此它具有潜在的实用价值，有可能在此基础之上开发出一种新型的煤液化工艺，同时也为普通煤液化工艺的改进提供理论依据。 Page ? * 研究思路 对普通煤直接液化造成影响的因素同样会对煤高温快速液化造成影响，因此选取了溶剂、气氛、催化剂、反应时间、压力、溶煤比这几个煤直接液化最基本的影响因素研究对煤高温快速液化的影响。 Page ? * 溶剂对煤高温快速液化的影响 实验条件：490℃，5分钟，7.0MPa初始氢压，未添加催化剂，溶煤比2：1 ，溶剂为纯四氢萘、掺入50wt%甲基萘或50wt%甲酚的混合溶剂 溶剂供氢能力的影响 溶剂 产物分布/% 总转化率/% 气 油 沥青烯 前沥青烯 四氢萘 7.19 40.67 26.79 9.82 84.47 四氢萘 + 甲基萘 (1:1) 8.54 32.55 26.7 10.42 78.21 四氢萘 +甲酚 (1:1) 8.77 24.15 30.07 16.84 79.83 一般认为溶剂供氢性能越好对液化越有利。在煤高温快速液化条件下自由基生成速度很快，因此要求溶剂的供氢性能要好。如上表所示，用纯四氢萘作溶剂转化率和产物分布均比掺入50wt%甲基萘或50wt%甲酚的混合溶剂要好。显然，溶剂的供氢能力会对煤高温快速液化造成重要影响。 掺入甲基萘与掺入甲酚的混合溶剂总转化率相差不大，但是掺入甲基萘的产物分布较好，分析其原因可能是双环芳烃的供氢能力比单环的好。另外，四氢萘的临界温度为456℃，临界压力为3.515MPa。在490℃和7.0MPa的液化条件下，四氢萘已处于超临界状态。 结论：下面的实验均选用四氢萘作为溶剂。 Page ? * 气氛、催化剂对煤高温快速液化总转化率的影响 实验条件：490℃，7.0MPa初始氢压或氮压，添加或不添加1wt%钼酸铵催化剂，四氢萘溶剂，溶煤比2：1 。 在反应的前5分钟里四种条件下的液化效果基本上是一样的，均表现出兖州煤液化时的初始高活性；并且可以看出在该过程中氢气和催化剂基本不起作用。 反应5分钟后只有H2+Catalyst系列的总转化率持续地缓慢上升，表明在5分钟后，氢气在催化剂的作用下参加了反应。 结论：综上所述，可以得出煤的高温快速液化只与反应温度和溶剂有关，而与反应气体的种类和催化剂无关。因此，煤高温快速液化的本质是煤的热液化。 Page ? * 产物分布随反应时间变化的规律 总转化率见上一张幻灯。右面四个图是气、油、沥青烯、前沥青烯产率的详细情况。 在四种条件下产物分布变化趋势基本一致。 气体的产率随反应时间的增加而增加，10分钟后增加速度略微放缓。 H2+Catalyst系列5分钟后的油产率高于其它三个系列，表明氢气在催化剂的作用下作出了贡献。 反应2分钟后前沥青烯的产率就开始降低，反应3分钟后沥青烯的产率也开始降低，而油、气的产率都一直持续上升，表明产物分布向油和气的方向移动。 Page ? * 气体的生成与氢气的消耗 不同反应条件下系统终压力的比较 H2 H2 + Catalyst N2 N2 + Catalyst Time/min Pressure/MPa Time/min Pressure/MPa Time/min Pressure/MPa Time/min Pressure/MPa 2 7.1 2 7.0 2 7.2 2 7.2 3 7.2 3 7.2 3 7.3 3 7.5 5 7.6 5 7.7 5 7.8 5 8.0 10 7.9 10 7.6 10 8.6 10 8.8 20 8.7 20 7.0 20 9.1 20 9.4 反应釜终压力由两种相反的因素所共同决定：反应生成的气体使之增大，而消耗的氢气使之减小。 如右图所示，气产率随反应时间延长而不断增加。 5分钟以前的液化属于煤高温快速液化，气产率10%。 如下表所示，5分钟时四种条件下不论是否使用氢气气氛或者是否添加催化剂，它们的终压力区别都很小。因此在煤高温快速液化条件下，氢气、催化剂基本上都没有发生作用。 如下表所示， H2+Catalyst系列的终压力先升后降，5分钟时达到最高，此后逐渐降低。结合右图气产率不断增加的现象可知，在5分钟后氢气逐