甲烷芳構(gòu)化與煤熱解耦合提高焦油產(chǎn)率研究

【摘要】：相比于石油資源,煤炭是一種儲(chǔ)量相對(duì)豐富、價(jià)格較為低廉的資源。近些年來,通過煤熱解的方式獲取液態(tài)碳?xì)浠衔锾娲唾Y源的研究已受到廣泛的關(guān)注。然而常規(guī)煤熱解工藝的焦油產(chǎn)率較低,加氫熱解雖然能提高焦油產(chǎn)率,但高昂的制氫成本阻礙了其實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用。由于甲烷具有較高的氫碳比和較低的成本,通常被認(rèn)為是氫氣的替代者。 本文提出了一種煤熱解與甲烷芳構(gòu)化耦合(MAP)的熱解新工藝,并考察溫度、甲烷流量等工藝條件和催化劑上Mo擔(dān)載量對(duì)耦合過程焦油產(chǎn)率、水產(chǎn)率以及半焦產(chǎn)率的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn),反應(yīng)溫度為700℃,甲烷流量為25 mL/min,催化劑為4%Mo/HZSM-5的條件下,MAP過程的焦油產(chǎn)率最高,為21.5wt.%,分別是同條件下H2和N2氣氛下的1.4和1.5倍。分別考察了不同甲烷流量下的甲烷芳構(gòu)化反應(yīng)、甲烷氣氛下熱解反應(yīng)和MAP過程的焦油產(chǎn)率,結(jié)果發(fā)現(xiàn),甲烷芳構(gòu)化和甲烷氣氛下熱解的焦油產(chǎn)率之和小于MAP過程的焦油產(chǎn)率,表明甲烷芳構(gòu)化與煤熱解耦合具有提高焦油產(chǎn)率的協(xié)同作用。 煤在不同熱解氣氛下得到焦油的模擬蒸餾結(jié)果表明,加氫熱解過程煤焦油中輕質(zhì)組分含量最高。MAP過程與N2氣氛下熱解相比,焦油中200℃以下餾分含量較高；從焦油中各種餾分的產(chǎn)率來比較,MAP過程中輕油、酚油產(chǎn)率最高。神木煤在不同氣氛下熱解焦油的GC分析結(jié)果表明,不同氣氛下熱解焦油中酚類物質(zhì)含量最高,達(dá)到40%以上；焦油組成變化不大,但是MAP過程中各組分的產(chǎn)率有較大程度的提高。 論文初步探討了耦合過程的機(jī)理,認(rèn)為甲烷芳構(gòu)化與煤熱解耦合過程中充分利用了芳構(gòu)化過程產(chǎn)生的可穩(wěn)定煤熱解碎片的自由基,避免煤中熱解自由基之間的縮合,從而提高了熱解焦油產(chǎn)率。 【關(guān)鍵詞】：煤熱解 甲烷芳構(gòu)化 焦油 模擬蒸餾 Mo/HZSM-5
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TQ530.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-24
• 1.1 煤的熱解10-17
• 1.1.1 煤的熱解過程10-11
• 1.1.2 煤的反應(yīng)結(jié)構(gòu)模型11-13
• 1.1.3 煤的熱解機(jī)理13-15
• 1.1.4 影響煤熱解的因素15-17
• 1.2 提高煤熱解焦油產(chǎn)率的途徑17-19
• 1.3 甲烷無氧芳構(gòu)化19-21
• 1.3.1 甲烷催化轉(zhuǎn)化的途徑19-20
• 1.3.2 甲烷無氧芳構(gòu)化催化劑20-21
• 1.4 煤焦油的分析方法21-22
• 1.5 選題依據(jù)與研究?jī)?nèi)容22-24
• 1.5.1 選題依據(jù)22-23
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容23-24
• 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法24-28
• 2.1 煤樣制備24
• 2.2 熱重分析24
• 2.3 催化劑的制備24
• 2.4 熱解實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-26
• 2.5 產(chǎn)物產(chǎn)率計(jì)算26
• 2.6 煤焦油的分析26-28
• 3 甲烷芳構(gòu)化與煤熱解耦合過程28-39
• 3.1 神木煤的分析28-30
• 3.1.1 工業(yè)分析和元素分析28-29
• 3.1.2 TG/DTG分析29-30
• 3.2 甲烷芳構(gòu)化與煤熱解耦合過程(MAP)30-36
• 3.2.1 Mo擔(dān)載量對(duì)MAP過程熱解產(chǎn)物的影響30-31
• 3.2.2 反應(yīng)溫度對(duì)MAP過程熱解產(chǎn)物的影響31-33
• 3.2.3 氣體流速對(duì)MAP過程熱解產(chǎn)物的影響33-36
• 3.3 甲烷芳構(gòu)化與煤熱解具有協(xié)同作用的驗(yàn)證36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 煤熱解焦油的模擬蒸餾和GC分析39-55
• 4.1 不同氣氛下熱解煤焦油的模擬蒸餾分析39-48
• 4.1.1 N_2氣氛熱解焦油的模擬蒸餾分析40-42
• 4.1.2 加氫熱解焦油的模擬蒸餾分析42-43
• 4.1.3 MAP過程焦油的模擬蒸餾分析43-45
• 4.1.4 不同熱解過程焦油的模擬蒸餾對(duì)比分析45-48
• 4.2 不同氣氛下熱解煤焦油的GC分析48-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 5 MAP過程機(jī)理探討55-59
• 5.1 自由基機(jī)理55-56
• 5.2 自由基機(jī)理的驗(yàn)證56-58
• 5.3 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況65-66
• 致謝66-67

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