泡沫炭的制备及其对低阶煤热解焦油气品质的原位调控

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针对低阶煤热解工艺中存在的焦油品质低问题,本文制备了泡沫炭催化剂并探究了其对煤热解焦油提质的影响。通过常压自发泡法、水蒸气活化法制备了活性泡沫炭(CF1、CF2、CF3),通过掺杂不同配比玉米芯生物质半焦制备了改性活性泡沫炭(2%CC-CF、4%CC-CF、6%CC-CF、8%CC-CF)。在此基础上,对淖毛湖长焰煤(NMH)及胜利褐煤(SL)进行了单独热解实验及连续梯度热解实验,并利用泡沫炭催化剂分别对两种煤热解挥发物进行了催化提质实验,考察了所制备催化剂的孔结构及玉米芯生物质半焦掺杂量对其催化性能的影响,实现了焦油的原位轻质化。本文具体研究内容及结果如下:(1)通过对NMH及SL分别进行700℃单独热解及500–900℃连续梯度热解,发现煤质不同,热解焦油产量及品质也不同。NMH热解气态焦油产量均高于SL热解气态焦油产量,SL热解焦油中1–3环芳烃物质、酚类物质及含O、N、S化合物相对含量均高于NMH热解焦油,而脂肪烃类物质的相对含量则为NMH明显高于SL。热解温度对于热解气态焦油产物分布的影响很大,含O化合物主要在500–700℃生成,单环芳烃类物质主要在700–800℃生成,脂肪烃类及酚类物质的主要在700℃生成。通过控制热解温度,可对煤热解产物分布进行定向调控。(2)泡沫炭催化剂的催化性能与其孔结构、化学结构密切相关。CF系列催化剂具有较好的多级孔结构,不仅利于焦油的传质,还为催化反应提供了更多的反应场所,可促进煤热解过程中催化裂解、脱氧、芳构化等反应的发生,从而对煤热解气态焦油产物分布进行定向调控。经CF系列催化剂催化提质后,煤热解气态焦油中轻质芳烃的相对含量得到提高,含O、N、S化合物的相对含量得到降低,提高了煤热解气态焦油品质。(3)玉米芯生物质半焦本身具有的较高活性及所含的金属元素可对活性泡沫炭催化剂起到改性作用,其与煤焦在活化反应时的气化反应性也不同,通过控制活化条件,可定向调控泡沫炭孔结构,因此,CC-CF系列泡沫炭催化剂相比于CF系列泡沫炭催化剂对煤热解焦油产量提高及焦油提质有着更明显的促进作用,尤其是随着掺杂量的增多,改性活性泡沫炭的催化性能也在增强,8%CC-CF催化剂对提高煤热解气态焦油产量及品质的效果最为明显,焦油中芳烃类、脂肪烃类物质的相对含量得到提升,含O、N、S化合物的相对含量得到降低。(4)CF1、8%CC-CF催化剂的加入均对NMH及SL 500–900℃连续梯度热解煤气态焦油产量的提高有明显的促进作用,两种催化剂的加入明显提高了两种煤热解气态焦油中1–3环芳烃及脂肪烃类物质的相对含量,显著减少了焦油中含O、N、S化合物的相对含量。由于不同温区下煤热解时释放的挥发物组成不同,导致CF1、8%CC-CF催化剂对挥发物的催化效果不同,因此针对不同温区下挥发物的差异性,利用催化剂可定向调控焦油的组成分布。
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