负载型固体超强酸催化的蒙东褐煤的加氢转化

发布时间：2020-11-12 16:33

　　 加氢裂解反应是煤直接液化中的重要方式之一,高活性催化剂的制备是煤炭液化中的关键技术。本课题将三氟甲磺酸(TFMSA)浸渍于凹凸棒土(AP)上,制备了负载型固体酸催化剂TFMSA/AP,并对其进行傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜-电子能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积孔径分析仪(BET)、光电子能谱仪(XPS)和NH3程序升温脱附仪(NH3-TPD)等多种手段表征分析,结果表明TFMSA在载体表面及孔隙中有效负载,载体与活性组分之间存在相互作用,TFMSA/AP具有超强酸性,酸含量为1.02 mmol/g。以二(1-萘)甲烷(DNM)、苯基苄基醚(BOB)作为探针反应,考察催化剂的活性,并优化反应条件,结果表明TFMSA/AP对DNM和BOB均具有很高的催化裂解活性,两者的转化率分别为87%和98%。以蒙东褐煤(ML)的萃余残渣(MLER)和热溶残渣(MLTDR)作为研究对象,在TFMSA/AP催化作用下进行催化加氢裂解(CHC),并用非催化加氢裂解(NCHC)作为对比实验,通过GC/MS对MLER和MLTDR的CHC和NCHC所得可溶组分(SPs)进行定性和定量分析,考察TFMSA/AP对煤残渣加氢裂解的催化作用。MLER和MLTDR的CHC收率均明显大于NCHC收率,且CHC所得SPs中芳烃、酚类、含硫化合物(SCOCs)和含氮化合物(NCOCs)含量均高于NCHC,说明TFMSA/AP对煤残渣大分子结构中芳烃和酚类的生成以及硫和氮元素脱除有显著的促进作用,MLER和MLTDR中CHC所得SPs中酚类的含量最高,且苯酚的同系物在酚类中所占比重最大,芳烃含量次之,苯的同系物在芳烃中所占比重最大,而NCHC所得SPs中酯类的含量最高,乙酯类的同系物在酯类中所占比重最大。选取含Car–Calk键烷基芳烃和含C–O键的烷基芳醚作为煤相关模型化合物考察TFMSA/AP的催化加氢裂解机理。结果表明TFMSA/AP释放的质子选择性进攻芳环的取代位和转移到醚桥键的氧原子上导致Car-Calk和C-O桥键断裂分别是烷基芳烃和芳醚发生加氢裂解反应的关键步骤。基于含Car–Calk和C–O桥键的两类模型化合物的裂解机理,并结合煤残渣CHC和NCHC所得SPs的族组分分布,揭示了煤样中芳烃和酚类的生成机理。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ529.1
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 煤的结构研究
    1.3 煤直接液化技术背景
    1.4 煤直接液化中的催化剂
    1.5 研究内容及意义
2 实验部分
    2.1 蒙东褐煤的预处理
    2.2 试剂与仪器
    2.3 催化剂的制备与表征
    2.4 实验方法与步骤
    2.5 产物分析
3 催化剂表征与反应性能
    3.1 催化剂TFMSA/AP的FTIR表征
    3.2 催化剂TFMSA/AP的SEM-EDS表征
    3.3 催化剂TFMSA/AP的XRD表征
    3.4 催化剂TFMSA/AP的BET表征
    3.5 催化剂TFMSA/AP的XPS表征
    3.6 催化剂TFMSA/AP的NH3-TPD表征
    3.7 DNM的催化加氢裂解反应条件优化
    3.8 BOB的催化加氢裂解反应条件优化
    3.9 本章小结
4 MLER和MLTDR的表征分析
    4.1 元素分析
    4.2 红外光谱分析
    4.3 热失重分析
    4.4 XPS分析
    4.5 本章小结
5 MLER和MLTDR的催化加氢裂解反应
    5.1 反应收率
    5.2 MLER和MLTDR中催化和非催化可溶组分的GC/MS分析
    5.3 本章小结
6 TFMSA/AP催化ML残渣加氢裂解反应机理探讨
    6.1 DNM的催化加氢裂解反应机理分析
    6.2 BOB的催化加氢裂解反应机理分析
    6.3 MLER和MLTDR催化加氢裂解反应机理
    6.4 本章小结
7 结论与创新点
    7.1 结论
    7.2 创新点
参考文献
附录
作者简历
学位论文数据集

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本文编号：2880974