分级制取锡林郭勒褐煤热溶物及其制备煤基喷气燃料研究

发布时间：2020-08-21 12:35

【摘要】：我国低阶煤资源丰富,开发新型低阶煤分级转化利用技术对于实现其高效及高值利用具有重要意义。本文研究了锡林格勒褐煤为代表的低阶煤分级热溶物制取方法,对分级热溶物的组成结构进行了分析表征。并通过碱处理构筑了多级孔道ZSM-5沸石分子筛,重点研究了多级孔道ZSM-5及Ni/ZSM-5催化剂的分级煤热溶物加氢裂解性能、加氢裂解产物进一步芳环加氢饱和以制备富含环烷烃和氢化芳烃的高性能喷气燃料。结合催化剂表征结果和模型化合物反应,对煤热溶物制备喷气燃料的催化作用机制进行了初步分析。研究结果表明:(1)针对煤经热溶处理存在室温可溶和室温沉积两种煤热溶物的特性,且N,N-二甲基甲酰胺(DMF)能有效萃取分离室温沉积煤热溶物,提出了一种室温可溶和室温沉积两种褐煤热溶物的分级制备方法。热溶溶剂及二次热溶处理是影响褐煤分级热溶物收率和分布的关键因素:1-甲基萘添加10 wt%甲醇后,煤热溶物总收率得到大幅度提高,由21.9%增大至33.3%,提高了约52.1%,室温可溶与室温沉积煤热溶物之比由1.03提高到1.64,提高了约59.2%;二次热溶处理后,煤热溶物收率由33.3%增加至57%,提高了约71%,室温可溶与室温沉积煤热溶物之比由1.62增大至2.52,提高了约54%。红外及元素表征结果表明,热溶处理具有很好的脱矿物质灰分的作用,同时,煤热溶物氧含量降低,具有一定的脱氧作用。(2)超声辅助处理对分级煤热溶物的收率有着显著促进作用。热溶溶剂及二次热溶处理也是影响褐煤分级热溶物收率和分布的关键因素,1-甲基萘为溶剂时,煤热溶物总收率从机械搅拌的21.9%增大至30.4%,增加幅度达到39%;1-甲基萘添加甲醇时,煤热溶物总收率从机械搅拌33.3%%大幅增大至52.3%,增加幅度高达57%,且两种热溶处理的分级煤热溶物分布基本相同,超声辅助处理室温可溶与室温沉积煤热溶物之比为1.65,与机械搅拌处理的1.64相近。二次热溶处理时,煤热溶物总收率从机械搅拌57%%大幅增大至82.4%,且室温可溶与室温沉积煤热溶物之比为2.85,较而机械搅拌处理的2.52有所提高。超声辅助所制分级褐煤热溶物的结构组成特性与机械搅拌制备方法相比变化不大。(3)催化剂孔道结构、酸性及加氢活性组分是影响分级煤热溶物加氢裂解性能的关键因素,且三者存在一定的协同作用。引入加氢活性组分Ni对催化剂的加氢裂解性能,尤其是油品收率有着较大促进作用,微孔Ni/ZSM-5催化剂的油品收率由ZSM-5的30.2%增大至45.3%,提高了近50%;多级孔道Ni/ZSM-5催化剂油品收率更是由未负载Ni的30.5%大幅增大至57.4%,提高了近90%。ZSM-5孔道结构在不同催化剂体系(是否引入加氢活性组分)所起的作用存在很大差别,对于未负载Ni的ZSM-5催化剂体系,催化剂孔道结构对其性能几乎没有影响,而对于引入加氢活性组分的Ni/ZSM-5催化剂体系,多级孔道Ni/ZSM-5催化剂对褐煤室温可溶热溶物的加氢裂解性能有较大的促进作用,相比H型微孔Ni/ZSM-5催化剂,油品收率由45.3%增加至57.4%,提高了约27%。催化剂酸性与加氢活性组分一样,同样对褐煤室温可溶热溶物有着较大促进作用,Na型多级孔道Ni/ZSM-5催化剂,其油品收率仅为35.1%,不仅远低于H型多级孔道Ni/ZSM-5催化剂的57.4%,也较H型微孔Ni/ZSM-5催化剂的45.3%有了较大幅度的降低。多级孔道Ni/ZSM-5催化剂的介孔孔道结构还利于催化剂循环使用时性能的稳定。(4)煤热溶物加氢裂解产物以两环芳烃化合物为主,经进一步加氢饱和芳环可制得富含环烷烃及氢化芳烃的喷气燃料。不同制备方式对所制分级煤热溶物的加氢裂解性能存在不同的影响,机械搅拌和超声辅助两种处理方式所制煤热溶物的加氢裂解性能差别不大,而不同热溶溶剂对所制煤热溶物的加氢裂解性能存在较大影响。室温可溶煤热溶物加氢裂解产物的GC-MS分析结果表明,产物中二环芳烃化合物峰面积比高达94.1%,且二环芳烃化合物中的芳环仍以不饱和芳环的形式存在。煤热溶物加氢裂解产物经Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂进一步加氢处理,二环芳烃化合物中的芳环得以加氢饱和,环烷烃及氢化芳烃占整个产物的61.9%,可制得富含环烷烃及氢化芳烃的喷气燃料。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD849.2;TQ517

【参考文献】