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近年来,世界范围内对天然气需求的猛增,使得煤制代用天然气(SNG)技术重新吸引了广泛关注。煤加氢气化/加氢热解是一种生产富甲烷气体、化工产品如苯、甲苯及二甲苯(BTX)和洁净半焦的直接且有效途径。本文选取了从褐煤到烟煤的不同煤阶煤样(主要为劣质低阶煤),利用单段或两段固定床反应器,研究不同实验条件下煤的加氢气化特性,并研究了稻壳与煤炭混合物的共加氢气化。主要内容及结果如下: (1)利用单段固定床反应器,研究氢压对三种低阶煤(玉溪褐煤、寻甸褐煤和准东次烟煤)在加氢气化过程中气、液和固体产物生成的影响。结果表明,提高氢压不仅促进了挥发份的加氢反应,还促进了半焦的甲烷化反应;在CO和CO2产率的变化中,增压一方面促进挥发份的二次反应,提高了碳氧化合物产率,另一方面促进两种气体的加氢反应,降低了其产率。BTX和萘产率随氢压升至5 MPa而增大。半焦元素分析结果表明,加氢半焦相比于氮气气氛下的半焦有更高的H/C摩尔比和更低的N/C摩尔比,但S/C摩尔比在两者中的大小关系取决于煤样的矿物特性。在加氢气化恒温段,半焦的反应速率常数遵循修正幂律方程,且幂指数随煤样的不同而异。 (2)利用两段固定床反应器,研究了一种低阶煤(王家塔次烟煤)的加氢气化特性,重点考察了裂解温度、氢压和蒸气停留时间对加氢裂解反应单独作用的影响。随着加氢裂解温度(500-750℃)的升高及氢压(0.1-5 MPa)的增大,CH4产率增高,CO2产率降低。蒸气停留时间(20-100 s)对CH4和CO2产率的影响均不显著,而CO产率随加氢裂解条件的不同而变化复杂。更高的加氢裂解温度促进了甲苯和二甲苯的分解,但大幅增加了BTX总产率。随着加氢裂解温度和氢压的升高,苯酚的氢解程度加深。加压氢气氛围促进了水的形成,通过加氢反应而提高的水产率与不同样品中氧含量存在良好相关性。 (3)运用两段固定床反应器,进行了不同煤阶煤样的加压加氢气化,以研究挥发份加氢裂解对气体产物(CO2,CO,CH4和C2~C3)和液体产物(水和轻质芳烃)生成的影响。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、固体13C核磁共振(13C NMR)以及化学滴定分析进行半定量或定量测定了煤中主要官能团。当加氢裂解温度为700℃时,两种褐煤的CH4和C2H6加和产率值高达21.2~22.9%(daf.coal),高于两种次烟煤中所对应的产率值,这一结果与两种褐煤富含长链烷基侧链相关。在加氢裂解温度700℃下,部分CO2通过逆水煤气变换反应显著转化为CO,且这一裂解温度有利于BTX和萘的生成。运用单变量和多变量(针对CO、CO2和H2O)线性回归,对不同工况下获得的主要气体产物(CH4,C2H6, CO2和CO)和液体产物(H2O和BTX)产率与部分煤样性质(如挥发份、总氧含量)和结构参数(如脂肪率、羧基官能团)的相关性进行评估。 (4)运用两段固定床反应器,进行了一种稻壳(RH)的加氢气化以及煤样与稻壳混合物的共加氢气化/共加氢热解以观察协同作用。与煤样加氢气化相比,RH加氢气化呈现更高的气体、水和焦油产率。当加氢裂解温度为500℃时,RH与煤样混合物的共加氢气化产物分布的实验值相比于计算值(无相互作用)有更低的焦产率和更高的液体产率(水加焦油)。当加氢裂解温度为700℃时,RH与煤样的挥发份间的相互作用并不显著。共加氢气化对轻质芳烃的生成呈现出协同促进作用,特别是BTX产率。同时,对单独气体产物的生成或者半焦特性并未表现出明显的协同作用。