资源描述：
《氢气在煤液化反应中的作用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第6期(总第109期)煤化工No.6(TotalNo.109)2003年12月CoalChemicalIndustryDec.2003氢气在煤液化反应中的作用112盛清涛凌开成杜晋安(1.太原理工大学化学工程与技术学院,030024;2.化学工业第二设计院,太原030001)摘要综述了近年来关于煤液化反应中氢气的作用及供氢机理方面的研究成果,并介绍了提高煤液化中活性氢的方法。关键词煤液化氢气活性氢文章编号:1005-9598(2003)06-0029-04中图分类号:TQ529文献标识码:A氢气在煤液化的反应中与煤发生直
2、接反应与间引言接反应。直接反应中包括煤与氢气的气固相反应和氢气溶解于溶剂中、溶剂与煤的液固相反应。气固反煤炭是我国的主要能源,占一次能源消费的应中氢压越大,加氢反应速度越快,煤转化率越高;70%左右,在所消耗的煤中有80%的煤用作直接液固相反应中,氢在液体中的溶解度愈大,氢气分压燃烧,能源利用率低,环境污染较为严重,因此加强愈高则液体中氢的浓度就越大,催化剂表面吸附并煤炭综合利用是实现煤炭高效低污染利用的主要途活化的氢分子就愈多,提高了液化过程中的加氢反径。煤液化是高效清洁利用煤的一种有效途径。应速度,抑制了煤热解产生的
3、低分子组分缩合成半[1]煤液化的实质就是煤在适当的温度、氢压和焦的反应,从而使液体产率提高,固体残渣减少。氢溶剂的条件下,提高其H/C原子比,使固体煤炭转气与煤的间接反应主要是氢气在催化剂作用下转化化成液体产物的过程,而增加H/C原子比,降低O/成活性氢,这其中有两条途径:一是氢气在催化剂作C原子比,就必须增加氢原子,为此系统中就需加入用下直接生成活性氢;另一种是与溶剂先反应生成足量的氢,H2则是提高H/C的主要反应物。煤加氢可释放活性氢的化合物,溶剂同时起着转移传递活液化要消耗一定量的氢,氢气的成本一般占煤加氢性氢的作
4、用。本文主要讨论氢气与煤的间接反应,即[1]活性氢的生成和在煤液化过程中提供活性氢的过液化产物总成本的30%左右,所以氢耗量的高低直接影响着液化产物的成本。煤液化机理的探索是程。煤液化基础研究的核心,由于煤结构的复杂性以及反应后液化产物的复杂组成,研究煤液化反应机理1煤液化中活性氢的来源非常困难。尽管近30年来有关研究者对煤液化的机[2]理进行了大量的研究,初步得到煤液化反应的宏观煤是一种具有复杂分子结构的化合物,由彼机理,但仍有许多关键的问题有待作进一步探讨。其此相似且又存在差异的结构单元构成,各个结构单中氢气在煤液化
5、中的作用机理还没有一个统一的认元之间通过各种桥键(如次甲基、次乙基、醚键、双硫键等)连接成三维空间网状结构。煤液化反应的基础识,国内外学者对氢气在煤液化中的作用争论颇多,主要集中在氢气在煤液化中的作用及供氢机理。探首先是煤的热解,煤受热分解过程中弱键断裂产生讨氢气在煤液化反应中的作用及供氢机理,这对煤大量的自由基碎片,活性氢(活化的自由基氢,活泼氢)与煤的自由基碎片结合,生成分子量较小的物液化机理的研究以及煤液化实现工业化都有现实意质,使固态煤转化为液体燃料和气态烃。义。煤液化中活性氢主要来源于三种方式:一是煤收稿日期:
6、2003-07-26分子中氢的再分配;二是供氢溶剂提供的活性氢;三作者简介:盛清涛,女,1971年出生,1994年毕业于太原理工是分子氢气在催化剂作用下被活化。一般在煤液化[3]大学化工系,在读硕士生,工程师。过程中氢源的分布如表1所示。·30·煤化工2003年第6期表1氢源的分布氢和催化剂下,有利于煤液化反应,提高了煤转化氢耗量/%溶剂中四氢萘率,并促进了前沥青烯向油或沥青烯的转化,提高了溶剂中的氢氢气煤中富氢部分的含量/%液化产品的质量。80.0020.040.02.1.4氢气对煤中的硫、氮和氧的脱除起重要作用32.
7、031.037.08.5在液化条件下,煤中的氧易于发生缩聚反应,不19.043.038.04.0利于煤液化反应,H2的存在可促使煤中的S、N、O051.043.00与H2反应生成气体而放出,有利于液化反应。从表1中可看出,当系统中没有强供氢溶剂四2.2氢气对煤液化的影响氢萘(主要用来提供活性氢)时,煤液化反应所需氢314日本学者Kabe等利用H和C示踪方法研究主要来自气相氢和煤的富氢部分氢的再分配。当系氚从气相氢及溶剂相氢向煤液化产物的加成和交换统中供氢溶剂浓度相当高时,气相氢几乎不参与加[5～9]行为,发现用氚标记的气
8、态氢在无催化剂时煤氢反应。当供氢溶剂含量较少时,氢气对提供活性氢液化的初始阶段,从四氢萘溶剂向煤转移的氢的数起着重要的作用,对煤液化反应的贡献很大。量是从气态氢向煤中氢转移的两倍。若有催化剂存在,即使在煤液化的初始阶段,煤和分子氢之间的氢2氢气在煤液化反应中的作用及影响交换也非常迅速;无催化剂时,煤液化反应温度从30
