催化剂在热溶剂萃取制备超纯煤中的应用

发布时间：2020-09-17 19:23

　　我国是煤炭生产及消费大国,随着经济的发展,优质煤炭资源日益短缺,并且在燃烧过程中会带来严重的污染问题。利用热溶剂萃取法获得超纯煤是实现煤炭清洁化、高附加值利用的重要有效途径。随着煤阶的升高,煤中大分子脂肪烃链和芳香环结构增大,其在热萃取过程中断键困难,从而造成超纯煤萃取率降低。本论文采用自主研发的热溶剂萃取技术对催化剂在高阶煤热溶剂萃取制备超纯煤中的应用进行了深入的探讨与研究。以典型的路易斯酸金属盐ZnCl_2作催化剂对三种高阶煤(山西司马瘦煤、内蒙古乌海瘦煤、邢台三给庄瘦煤)进行了热溶剂萃取研究,证明其对不同煤种,均具有催化活性。对不同系列的路易斯酸金属盐催化剂研究表明,ZnSO_4催化效果最佳,超纯煤萃取率达到46.1%,催化剂最佳用量为5%。ZnSO_4作催化剂能够有效地打断煤中大分子有机结构,产生“自由基”碎片溶解在萃取剂中,并将无机矿物组分分离在萃取残渣中。对回收得到的ZnSO_4催化剂重复使用,催化效果良好。采用系列金属氧化物ZnO、MgO、Fe_2O_3作催化剂对山西司马瘦煤进行了热萃取研究。结果表明,ZnO催化效果最好,超纯煤萃取率为46.6%。以ZnO为催化剂,考察了制备方法对催化性能的影响。结果证明,采用直接沉淀法并优化制备条件,在70℃下真空干燥6 h、600℃下焙烧3 h,得到的ZnO为高纯度六方球型的晶体,催化效果最佳,超纯煤萃取率达到49.7%。ZnO做催化剂能促进脂肪烃链和芳香环中C-C化学键以及C-H化学键发生断裂,提高超纯煤萃取率。通过对从司马瘦煤获得的超纯煤热重分析发现,超纯煤具有软化温度低、软化熔融温度区间宽、流动性好和热活性优等特性。将20%的超纯煤和80%的司马瘦煤配合进行胶质层试验,其样品结焦,处于完全融合的状态。
【学位单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ536.1
【部分图文】：

模型图,化学结构,模型,化学键

第 1 章绪论存在的真实分子结构。Wiser（威斯）化学结构模型[46]是目前公认较为合理的一种化学结构模型，如图 1-1 所示。此模型可以解释煤的热解、氢化、氧化、酚解聚和水解等一些化学反应。图中箭头指处为键能较低、结合较弱的支链化学键，是煤受热最先断裂的化学键。

示意图,萃取装置,示意图,釜体

实验所用热萃取溶剂为国标焦化洗油，洗油馏分的主要成分参见表 1-2。2.2.2 热萃取实验仪器高压热萃取反应釜如下图2-1(a,b)所示。规格型号见表2-4所示。主体部分包括釜体和釜盖，釜体和釜盖之间用螺栓连接；釜体底部设置有物料过滤排出装置、固体剩余物排净装置和氮气反吹装置；物料排出装置在釜体底部中心位置，排出装置的上端部位与釜体底部连接处内置有不锈钢烧结滤芯；不锈钢烧结滤芯规格为孔径1μm；氮气反吹装置安装在物料过滤排出装置上，且在不锈钢烧结滤芯的下部和釜体的外部下方。图 2-1(a) 高压热萃取装置示意图

示意图,釜体,排出装置

【参考文献】