煤炭直接液化残渣加氢试验研究

摘要

能源被认为是“工业的粮食”或“现代工业的血液”，随着社会和经济的发展，世界对一次能源尤其是石油和煤炭的需求量越来越大，化石能源对环境的污染和CO2减排已成为全世界共同面对的问题。我国的能源现状是“富煤缺油少气”，2010年我国石油对外依存度已超过50％，石油资源形势越来越影响到国家安全。根据我国的能源现状，积极发展煤制油技术是降低石油供应风险，实现能源、经济和环境协调发展的一个重要途径。
　　煤炭直接液化是一种煤制油技术。在煤炭直接液化生产过程中，会产生占液化原煤质量30％左右的液化残渣，它是一种高碳、高灰和高硫的物质，主要由未转化的煤、液化重质产物、无机矿物质以及煤液化催化剂组成。无论从经济角度还是环保角度出发，都需要对残渣进行利用，这也是煤炭直接液化工业化必须解决的问题。
　　本文以典型的神华煤直接液化残渣为研究对象，首先对残渣中的有机可溶物进行了溶剂萃取研究，以消除无机矿物质和残留的催化剂对残渣萃取物加氢的影响，探索出了适宜的萃取条件并对残渣萃取物进行了红外、核磁共振和热重等表征，其次对残渣萃取物进行了加氢液化研究，探索出了适宜的催化剂和加氢液化的效果。
　　残渣萃取在高压釜中进行，论文考察了溶剂、温度、停留时间、溶剂与残渣质量比等条件对萃取结果的影响并得到了萃取的优化条件。萃取的适宜条件是:溶剂为胜利中油，温度130～150℃，氮气压力0.5MPa，溶剂与残渣质量比4～5∶1，停留时间15～30min，持续搅拌。在此条件下，残渣萃取率可达50％以上，萃取物不含灰分，H/C原子比0.99，芳香环缩合度0.675，芳碳率0.694。
　　利用高压釜模拟煤炭直接液化的条件进行了残渣萃取物加氢试验研究，考察了不同催化剂的加氢效果。研究发现，采用铁基催化剂，残渣萃取物经加氢后油收率超过85％，沥青质转化率超过30％，一定比例的煤和残渣萃取物混合后催化加氢液化，原料的转化率达90％，油收率超过60％，煤的转化率达91％。
　　将煤炭直接液化残渣加氢处理，可将残渣中的有机组分进一步转化为油品，不仅提高了液化效率，还将残渣变废为宝，提高了液化的经济性，符合国家节能减排的政策。残渣加氢反应的条件与煤液化相似，液化转化率较高，将煤炭直接液化产生的大量残渣进行加氢是一条重要的加工利用途径，将具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

引言

第一章 文献综述与选题意义

1．1 煤炭直接液化反应机理

1．2 液化残渣的形成及其性质

1．3 液化残渣的结构特性分析

1．4 液化残渣有机可溶物的萃取

1．5 液化残渣的加氢

1．6 液化残渣的利用情况

1．6．1 气化

1．6．2 燃烧

1．6．3 焦化

1．6．4 制取高炭材料

1．6．5 加氢

1．7 液化残渣加氢研究现状

1．7．1 加氢机理及动力学研究

1．7．2 加氢条件研究

1．7．3 其它研究

1．8 选题意义和研究内容

1．8．1 选题意义

1．8．2 研究内容

第二章 煤炭直接液化残渣有机可溶物萃取研究

2．1 研究方案

2．1．1 样品来源及性质

2．1．2 实验主要设备

2．1．3 实验步骤

2．1．4 萃取率计算和组分分析方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 溶剂对萃取的影响

2．2．2 温度对萃取的影响

2．2．3 停留时间对萃取的影响

2．2．4 N2初压对萃取的影响

2．2．5 溶剂与残渣质量比对萃取的影响

2．2．6 搅拌对萃取的影响

2．3 小结

第三章 残渣萃取物的性质分析

3．1 组分分析和元素分析

3．2 红外光谱分析

3．3 核磁共振分析

3．4 热重分析

3．5 小结

第四章 煤炭直接液化残渣加氢研究

4．1 研究方案

4．1．1 样品来源及性质

4．1．2 实验主要设备

4．1．3 实验步骤

4．2 结果与讨论

4．2．1 催化剂活性考察

4．2．2 残渣萃取物与煤共液化

4．3 小结

第五章 结论与展望

5．1 论文的主要结论

5．2 论文的创新点

5．3 论文的不足及展望

参考文献

作者简介及发表学术论文

致谢