胜利褐煤与沙柳在亚/超临界水-乙醇体系中共液化工艺的研究

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本实验使用的原料为沙柳和胜利褐煤,在亚/超临界水-乙醇体系中将二者进行共液化,采用单因素实验法研究了不同的因素对液化的影响,利用FTIR、SEM、XRD、GC-MS以及热重分析等手段对液化产物和残渣进行表征分析。在水-乙醇体系中,探究了溶剂比例、反应温度、反应时间、沙柳质量和催化剂对沙柳液化的影响。结果得出:(1)沙柳质量4g,水和乙醇体积比5:5,反应时间60min,反应温度260℃的条件下,沙柳的液化率、油产率、沥青质产率分别为92.91%、65.56%、4.14%。乙醇与水的混合溶剂比单一溶剂效果更好。(2)叔丁醇钾、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、NaOH促进了沙柳的裂解。可能是碱性催化剂促进了脱甲氧基反应,使芳香化合物生成量增加,提高其挥发物产率,从而沙柳的液化率提升。(3)对沙柳及其液化残渣做FTIR、SEM、XRD以及热重分析,发现在液化过程中,沙柳中的木质素、纤维素以及半纤维素降解生成苯环类和羰基类的化合物。沙柳液化残渣中有少量SiO2且结晶度下降。在亚/超临界水-乙醇体系中,探究了反应温度、反应时间、胜利褐煤质量和催化剂对胜利褐煤液化的影响。结果表明:(1)胜利褐煤质量2g,水乙醇体积比5:5,反应时间90min,反应温度350℃时,胜利褐煤和油产率液化率分别为32.99%、49.33%。叔丁醇钾和K2CO3的加入,显著提升了液化率和油产率,这可能是因为钾元素促进了甲氧基的脱除,促使环开裂,从而提高胜利褐煤的液化率。(2)对液化油做红外分析,得出:液化油中含有氢键的结构、含氧官能团、芳香化合物和醚类物质。(3)对胜利褐煤及其残渣做FTIR、SEM和热重分析得出:胜利褐煤液化后变为了更小的分子,活性分子减少,残渣更难热解。在亚/超临界水-乙醇体系中,探究了反应温度、反应时间、胜利褐煤与沙柳质量比、催化剂等因素对共液化的影响。结果表明:(1)水-乙醇体积比5:5,沙柳、胜利褐煤各2g,反应温度350℃,反应时间为60min时,油产率和液化率分别24.65%、72.43%。FeS、Fe2O3、NaOH、叔丁醇钾、K2CO3均可以促进沙柳与胜利褐煤的共液化,提高液化率及油产率。催化效果:NaOH>K2CO3>叔丁醇钾>Fe2O3>FeS。(2)对液化油做GC-MS分析;得出液化油中含有脂肪族、芳香族、酯类、酚类以及含氧化合物。(3)对原料及其共液化残渣做FTIR、热重和SEM分析得出:原料降解后,活性基团减少。胜利褐煤在共液化过程中的裂解程度远大于胜利褐煤单独液化的裂解程度。
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