煤热解与铁矿石还原耦合工艺的基础研究

发布时间：2021-05-13 19:23

　　煤的催化热解是从低阶煤炭资源中提取液体燃料和高价值化学品的主要技术之一,钢铁工业是国民经济的重要基础产业。针对目前煤催化热解提质存在的催化剂成本高昂、难分离回收等关键问题,并结合我国铁矿石品质日趋降低的现实问题,课题提出开展煤热解与铁矿石还原耦合过程基础研究,采用低品质铁矿石催化煤热解,实现焦油轻质化同时获得高品位还原铁矿石。本文将从基础和工艺两个层面出发,对铁矿石催化反应机理与煤催化热解产物形成规律、铁矿石还原反应机制以及煤热解与铁矿石还原耦合工艺等方面进行系统的研究。主要研究内容及结果如下:1.采用Py-GC/MS快速裂解仪研究了不同铁矿石的催化裂解作用及其对煤热解产物分布影响规律,结果表明所考察四种铁矿石中,褐铁矿催化裂解作用最为显著,促进了煤热解产物中轻质芳烃的生成;铁矿石物化性质表征结果表明铁矿石比表面积与轻质芳烃产率存在正相关性;以正十九烷和甲酚为模型化合物,结合气体中含氧气体产率与轻质芳烃产率变化关系发现,含氧化合物的脱氧转化可能是褐铁矿催化裂解焦油生成轻质芳烃的主要途径;褐铁矿催化多煤种热解反1应结果显示,煤中含氧量越高,褐铁矿的催化效果越显著,间接验证了褐铁矿对焦油中... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 文献综述
        1.2.1 煤热解技术的研究进展
        1.2.2 煤的催化热解
        1.2.3 铁基催化剂在煤热解中的应用
    1.3 本文的研究内容及思路
第2章 不同铁矿石对煤热解产物的催化裂解作用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验装置及流程
        2.2.3 催化剂的表征
        2.2.4 产物分析方法
        2.2.5 数据处理方法
        2.2.6 Py-GC/MS实验重复性考察
    2.3 结果分析与讨论
        2.3.1 铁矿石种类对煤催化裂解产物的影响规律
        2.3.2 铁矿石催化作用解析
        2.3.3 煤热解焦油催化裂解机理
        2.3.4 煤中含氧量与催化裂解产物的内在联系
    2.4 本章小结
第3章 反应条件对褐铁矿催化煤热解产物的影响规律
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验装置及流程
        3.2.3 产物分析方法
    3.3 结果分析与讨论
        3.3.1 反应温度的影响规律
        3.3.2 氩气气氛下不同压力的影响规律
        3.3.3 氢气气氛下不同压力的影响规律
        3.3.4 褐铁矿循环性能分析
    3.4 本章小结
第4章 固定床模拟煤热解气还原铁矿石实验研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 实验装置
        4.2.3 产物分析方法
    4.3 结果分析与讨论
        4.3.1 煤热解气还原特性研究
        4.3.2 煤热解气与焦油共同还原特性研究
    4.4 本章小结
第5章 煤热解与铁矿石还原耦合连续实验(Ⅰ)热解产物组成与分布
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验原料
        5.2.2 实验装置
        5.2.3 实验流程
        5.2.4 产物分析方法
        5.2.5 数据处理方法
    5.3 结果分析与讨论
        5.3.1 重复性实验及误差分析
        5.3.2 煤热解工艺参数的确定和优化
        5.3.3 褐铁矿催化煤热解产物裂解反应条件优化
        5.3.4 耦合工艺热解产物变化规律及其氧分布分析
    5.4 本章小结
第6章 煤热解与铁矿石还原耦合连续实验(Ⅱ)铁矿石自身还原过程
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验原料
        6.2.2 产物分析方法
    6.3 结果分析与讨论
        6.3.1 煤热解产物还原铁矿石基本过程分析
        6.3.2 反应参数对铁矿石还原特性的影响规律
        6.3.3 含碳铁矿石的还原特性研究
    6.4 本章小结
第7章 煤热解与铁矿石还原耦合过程的烟分析及铁矿石应用
    7.1 引言
    7.2 ?分析方法
        7.2.1 ?分析体系的建立
        7.2.2 ?值计算依据和方法
    7.3 结果分析与讨论
        7.3.1 ?分析
        7.3.2 ?损失评价
        7.3.3 含碳铁矿石的应用
    7.4 本章小结
第8章 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 论文创新点
    8.3 工作展望
参考文献
附录
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]温度和停留时间对煤热解挥发分二次反应的影响[J]. 敦启孟,陈兆辉,皇甫林,周杨,余剑,高士秋,刘鸿雁.  过程工程学报. 2018(01)
[2]低阶煤热解关键技术问题分析及研究进展[J]. 白效言,张飏,王岩,王之正,周琦.  煤炭科学技术. 2018(01)
[3]甲烷活化与煤热解耦合过程提高焦油产率研究进展[J]. 靳立军,李扬,胡浩权.  化工学报. 2017(10)
[4]白马钒钛铁矿石对煤热解产物影响研究[J]. 柯娅妮,崔丽杰,李松庚.  煤炭科学技术. 2016(08)
[5]低阶煤中低温热解工艺技术研究进展及展望[J]. 裴贤丰.  洁净煤技术. 2016(03)
[6]外加铁矿石对哈密低阶煤热解特性影响[J]. 赵洪宇,李玉环,宋强,吕俊鑫,舒元锋,王子民,阎杰,曾鸣,舒新前.  燃料化学学报. 2016(02)
[7]Mo和Ni改性的HZSM-5催化剂对煤热解焦油的改质[J]. 闫伦靖,孔晓俊,白永辉,谢克昌,李凡.  燃料化学学报. 2016(01)
[8]生物质焦油还原多孔铁矿粉试验研究[J]. 卜庆洁,罗思义,马晨,孙鹏鹏.  钢铁研究. 2015(02)
[9]低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议[J]. 王向辉,门卓武,许明,翁力,刘科.  洁净煤技术. 2014(06)
[10]Fe2O3/CaO对低阶煤低温催化干馏的影响[J]. 何选明,方嘉淇,潘叶.  化工进展. 2014(02)

博士论文
[1]煤焦油气相催化裂解生成轻质芳烃的研究[D]. 闫伦靖.太原理工大学 2016
[2]螺旋反应器中颗粒混合及煤热解特性研究[D]. 霍朝飞.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015
[3]高炉喷吹焦炉煤气低碳炼铁新工艺基础研究[D]. 郭同来.东北大学 2015
[4]褐煤热解分级转化多联产工艺的关键问题研究[D]. 郭志航.浙江大学 2015
[5]煤和铁矿石两段式气化制备高品位燃气和铁矿石的基础研究[D]. 黎阳.华中科技大学 2014
[6]西部弱还原性煤热解特性研究[D]. 赵云鹏.大连理工大学 2010

硕士论文
[1]冶金废渣对低阶煤低温催化干馏影响的研究[D]. 方嘉淇.武汉科技大学 2013
[2]负载型铁基催化剂的制备及其在神府煤催化加氢热解中的应用[D]. 郑小峰.西安科技大学 2013
[3]铁基催化剂对铁厂沟煤加氢热解特性的影响[D]. 牛犇.新疆大学 2013
[4]矿物质对神木煤热解及燃烧特性的影响[D]. 王萍.大连理工大学 2013
[5]半焦基催化剂裂解煤热解产物调控油气品质[D]. 王兴栋.新疆大学 2012
[6]铁基催化剂对南台子煤热解产物分布的影响[D]. 耿莉莉.新疆大学 2012
[7]金属氧化物对煤热解过程中多环芳烃排放的影响[D]. 张京.太原理工大学 2012
[8]金属盐类和金属氧化物对煤热解特性的影响[D]. 苏文娟.浙江大学 2012
[9]煤中固有矿物质及Fe添加剂对西部煤热解气相产物生成的影响[D]. 何秀风.太原理工大学 2009



本文编号：3184571