氢气在煤液化初始高活性阶段的作用机理.pdf

《氢气在煤液化初始高活性阶段的作用机理.pdf》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34卷第3期煤炭转化Vo1．34No．32011年7月C0ALC0NVERS10NJu1．2011氢气在煤液化初始高活性阶段的作用机理王顺华”凌开成罗化峰。冯伟”申峻张卫帅"王迎春。’摘要采用GJ一2型共振搅拌反应釜，首先研究了一定条件下煤液化转化率随时间的变化关系．结果表明，煤液化反应过程中存在着初始高活性反应阶段，而且煤在该阶段完成了绝大部分液化反应；接着研究了氢气在煤液化初始高活性阶段的作用机理．结果如下：1)在无催化液化条件下，氢气在煤液化初始高活性阶段几乎不参与煤液化反应；2)煤液化初始高活性阶段氢气能够快速溶解于煤液化溶剂中，因此氢气的溶解过程不是其

2、未有效参与煤液化反应的主要原因；3)在煤液化初始高活性阶段添加高分散性铁系催化剂和助剂硫，氢气在催化剂作用下参与了煤液化反应，进而使液化总转化率提高7以上．关键词氢气，初始高活性，液化，反应机理，氢气溶解规律，兖州煤中图分类号TQ529．1煤液化转化率随时间的变化关系，结果发现，在煤液0引言化过程中存在着一个初始高活性阶段，煤液化在此煤液化的实质是在适当温度、氢压和溶剂条件阶段完成了绝大部分反应．因此，在此阶段氢气作用下提高H／C原子比，使固体煤转化成液体产物的一机理的研究对整个煤液化反应机理探讨具有普遍指个化学过程，其中提高H／C比的有效方法就是向反导意义．应系

3、统中添加供氢溶剂和氢气．1】溶剂供氢机理的1实验部分研究已较为深入，而氢气在煤液化中的作用机理至今还没有统一的认识．1_2。]一般认为，氢气在催化剂1．1原料与试剂作用下转化成活性氢有两种途径：一种是氢气在催兖州煤：粒度小于80目，使用前在100℃下真化剂作用下直接生成活性氢；另一种是氢气经催化空干燥10h．煤样的工业分析与元素分析见表1．试剂活化后先与溶剂反应生成可释放活性氢的化合剂四氢萘(THN)、萘和硫均为分析纯，高分散铁系物，然后通过此化合物的传递间接供氢．VernonE催化剂由中国科学院北京煤炭化学研究所提供．氢研究了在450℃，11MPa氢压和催化剂下

4、，分子氢气和氮气纯度均为99．0．与C—C键模型化合物的反应机理，结果发现分子表1原煤的工业分析与元素分析数据氢能直接活化变成活性氢参与模型化合物的反应．Table1Proximateandultimateanalysisofrawcoal而Godo等L5]选用萘、四氢萘和十氢萘作为溶剂，采用氚追踪法研究气相氢与溶剂分子中氢的交换．结M一H／CadAddfFCafCHNS02)果表明，这三种溶剂均与气相氢有氢交换，即分子氢3．34．4843．7956．2179．675．231．362．7610．90．79与供氢溶剂存在交换．Kabe等。用原子示踪法研1)Perce

5、ntofweight：2)Bydifference．究了氢气在煤液化反应中的机理，发现用氚标记的1．2装置和流程气态氢在无催化剂作用的煤液化初始阶段，从四氢液化装置为GJ一2型17mL微型盐浴共振搅萘溶剂向液化产物转移氢的数量是从气态氢向液化拌反应釜．将反应釜中依次添加4g溶剂、2g煤样、产物转移氢数量的两倍；若有Ni—Mo—A1O。催化剂0．02g催化剂及0．023g助剂S(或不添加催化存在，即使在煤液化的初始反应阶段，煤和分子氢之剂)．经氢气或氮气数次置换后，充氢气或氮气冷初间的氢交换也非常迅速．本实验研究了一定条件下压至7．0MPa．然后将反应釜迅速放人45

6、0℃的恒*国家自然科学基金资助项目(20776094)和山西省自然科学基金资助项目(2009011010—2)．1)硕士生；2)教授、博士生导师；3)博士生；4)教授、硕士生导师，太原理工大学化工学院，030024太原收稿日期：2010—12-14；修回日期：2011-05—30第3期王顺华等氢气在煤液化初始高活性阶段的作用机理温盐浴内进行反应，待反应完毕迅速取出反应釜，用2．2气氛对煤液化初始高活性的影响96、阜盘g阜0rJ冷却水激冷至室温．然后放空釜内气体，取出反应产氢气在煤液化中的反应机理目前仍未达成共物，依次用正己烷、苯和四氢呋喃进行索氏抽提，并识，而煤液

7、化在初始高活性阶段就已经完成了绝大对每种溶剂抽提产物进行烘干和称重．部分液化，如果能够研究清楚氢气在煤液化初始高采用平衡液相取样法气体溶解度测定装置，测活性阶段的作用机理，这将对氢气在整个煤液化过定氢气在四氢萘和萘中的溶解度随时间的变化规程中作用机理的深入研究产生重大意义．律，具体实验流程参见文献[11]．本实验在450℃，5rain和四氢萘及萘溶剂中，1．3分离与分析分别研究了不同气氛对煤液化初始高活性的影响，液化产物用正己烷、苯和四氢呋喃分级萃取，划其结果见图2．由图2可知，不论以萘还是以四氢萘分为气、油、沥青烯、前沥青烯和残渣五部分．气产率lo0永80定义为

8、反应前后煤