超临界水条件下颗粒和催化剂对褐煤液化作用的实验研究

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1、第10卷第4期华北科技学院学报2013年10月超临界水条件下颗粒和催化剂对褐煤液化作用的实验研究①郑少华②王笑亮李明通辛力冉孟胶曹东亮(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊101601)摘要：通过应用“控制变量法”对温度、催化剂及煤样粒径对褐煤液化的影响进行了实验研究。结果表明，当温度达到超临界点时，褐煤气液化反应明显加快，其转化率由15．84％(亚临界水)升至94．64％；催化剂KOH使褐煤转化率达到最高，为94．64％，但转化成液态油仅为3．36ml，约2．69g，液体转化率为12．78％。，在同等煤粒径(0．9—2．0mm)条件

2、下，催化剂KCO更有利于褐煤液化成油类物质，产生油量8．01m1，约6．41g，液体转化率为30．48％；煤样粒径越小，褐煤转化率越高，但小粒径褐煤主要向气体转化，而大粒径褐煤主要向液体转化。因此，在超临界状态下采用同等粒径(0．9～2．0mm)的煤样并添加催化剂K：CO对褐煤转化成油类物质效果最佳。关键词：超临界水；褐煤；液化；粒径；催化剂中图分类号：TQ529文献标识码：A文章编号：1672—7169(2013)04—0039—05O引言在煤液化研究中，开发一种能在温和条件下促使煤中芳烃加氢、C—c键断裂和C一0、在我国已探明的煤

3、炭保有储量超过1万亿吨C—N、C—S键氢解的催化剂是关键的任务之中褐煤的保有储量约占全国煤炭总储量约为_4J一1311．42亿吨，约占总储量的13％。但是由于褐。大量研究表明，在铁系催化剂中加入硫助剂，可以大大提高催化剂的活性。Shinichi煤碳含量低，直接燃烧利用经济效益不高和易氧Yokoyama对s和S催化液化烟煤以及褐煤的化自燃而利用的不足。但褐煤的氧含量高，达活性进行了研究J。这两种催化剂对煤液化过15％～30％，比其它煤类更容易液化，液化产物为程都具有很高的催化活性。Kuznetsov等对褐汽油、柴油和航空燃料等洁净燃料。

4、因此，开展对煤在氢气气氛以及甲醇存在条件下以Ni、Co、褐煤的气化技术的研究，解决石油供需问题已成zn、cr、sn、Fe和Mo的氢氧化物及氯化物作为催为国内外众多学者研究的热点J。煤的液化主化剂的液化行为进行了研究。研究表明Ni和要有直接液化和简介液化2种方法。褐煤直接液Co的氢氧化物具有最高的催化活性。ilson化是在适当温度、压力等反应条件下，褐煤催化加等【通过研究发现，高分散性的铁系催化剂对氢。先将煤和油混合制成油煤浆，通过加氢，褐煤褐煤的常规加氢液化转化具有很好的效果，并转化为液态油。直接液化技术在德国、日本、美国且发现高效催

5、化剂的应用并不需要供氢。然而等都有研究工作，但还没有大规模的生产装碱性催化剂和粒径对褐煤液化影响的研究文献置J。我国在吸收各方的技术优点并创新建立很少，我们对此在超临界水的环境下，对褐煤的了完全自主知识产权的“神华煤直接液化技液化进行了实验研究。术”l3J，可使煤转化率达到96％～98％，油产率60％～68％，气体产率17％～19％，氢耗6．2％1实验过程～6．5％。褐煤的间接液化是指先将煤气化产实验条件：温度290~C～400~C，压力22．4MPa，生合成气，再以合成气为原料合成液体燃料或水500ml，煤样25g，催化剂5g，时间

6、0．5s～180s。化学品的过程。在液化的合成过程中，根据所实验样品：实验所用褐煤样取自内蒙古元宝选用的催化剂以及反应条件的不同，最终的产山矿6号煤层，该煤层位于宝山组(KB)含煤地品可以是石蜡、烯烃类化合物或醇类(特别是甲层的下层段，上距6—2号煤层l7．97～30．65m，平醇)。均24．07m，煤层自然厚度0．37～17．17m，平均①收稿日期：2013—06—28②作者简介：郑少华(1991一)，男，山东临沂人，华北科技学院地质工程专业在读学生。39第10卷第4期华北科技学院学报2013年10月2．28m，埋深为112．47～

7、544．31m，平均380．39m，表2超临界水中褐煤液化的实验内容含1—2层夹矸。颜色呈黑褐色至黑灰色，沥青光泽，具条带状结构。含镜煤及亮煤较多，属于光亮型或半亮型煤，含粘土质黄土矿及方解石等矿物杂质。6号煤层煤质特征详见下表1。425．0500244000．92．0KBH45．0超临界状态表1元宝山矿6号煤层煤质特征表525．0500244000．9—2．0K2CO35．0超临界状态244002．0—2．8KOH5．0超临界状态3实验结果与分析3．1实验结果实验中所用其他物品主要有标准样品筛、电实验产生了一定量的气体，无色并具有汽

8、油子天平和催化剂。样品筛有5目、10目和20目类刺激性气味，在空气中可以燃烧，火焰呈淡蓝色三种类型，其对应的煤样粒径为2．0～2．8mm、至蓝色。同时，实验还产生了大量的液体，呈黑色0．9～2．0mm和0．25～0．9m