低阶煤加氢气化制甲烷和芳香烃产物的化学过程研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a36020a
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
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。
其他文献
论文应用能源系统工程的理论,根据大连市21世纪总体规划并结合大连市实际情况,以1995年为基准年,2000年和2010年为预测年,在能源需求预测数据基础上,设计不同经济活动增长水
该文对流体诱导振动强化传热进行了实验研究.流体诱导振动强化传热不需要附加动力,通过特定传热元件与相应诱导机理的合理组合,在较小的激励上产生较大的响应,从而实现振动强
研究开发燃烧效率高、煤种适应性好,同时实现炉内脱硫、低NO和NO排放的新型煤利用技术,是当今能源与环境工程领域重要的发展方向.目前大规模应用于火力发电的常规煤粉炉普遍
该文通过对高性能、小体积的紧凑式换热器的研究,提出包括流动、传热和三者在内的综合性能分析方法.基于传热和投资两者的关系.利用微元分析法推导出一般形式的换热器换热表
该论文对以往的研究中较为忽视的部件-省煤器下方的灰斗-进行研究,首次对其形状与气固流动结构进行了分析,旨在利用其几何位置的特点强化中温气固分离,从而减轻诸如磨损等一
在借鉴国内外现有主要烟气脱硫技术优点的基础上,该研究提出了一种应用多组分粒子流化床(MSFB)的半湿式烟气脱硫技术.在常温下,该研究探讨了MSFB的各种粒子的流态化特性,还进
工业锅炉炉内空气动力特性方面国内外研究甚少.该文根据工业锅炉燃烧特点及配风要求,以一台热效率比较高、环保指标比较好的1.4MW热水锅炉为基础,制做了工业锅炉炉内空气动力
微化学分析系统因高性价比、分析速度快、样品需求少、可实时便携检测等特点而倍受关注。微等离子体放电提供了包括带电粒子、激发态粒子、自由基、光子等的高反应环境,这些不