煤中礦物質(zhì)對棗莊煤催化解聚的影響.pdf

1、熱解是煤炭清潔高效分級利用的重要步驟。如何將我國儲量豐富、富含油氣資源的煤炭通過熱解的方式轉(zhuǎn)變成高附加值的焦油、熱解氣、半焦等產(chǎn)品是能源領(lǐng)域亟需研究的重大課題。盡管當前已經(jīng)開發(fā)出了不同的熱解技術(shù)，然而這些煤熱解工藝還不成熟。除了工業(yè)化過程中遇到的如焦油粉塵含量高，焦油易冷卻堵塞輸送管道等工程類問題，基礎(chǔ)研究方面，由于煤結(jié)構(gòu)非常復雜，煤結(jié)構(gòu)與其反應性尚未能較好的關(guān)聯(lián)起來。因而通過提高具有高附加值的焦油品質(zhì)及產(chǎn)率能夠顯著提高熱解工藝的整體效

2、益，但這方面的研究并不多。鑒于此，本課題組提出了催化解聚理念，該法以催化原理為基礎(chǔ)，通過催化劑對煤中某些特定鍵的作用，以盡可能少地破壞煤中的原有結(jié)構(gòu)（即打破化學鍵）基礎(chǔ)上實現(xiàn)煤的溫和解聚，提高出油率，獲取高附加值化學品和液體燃料。本論文即在前期研究基礎(chǔ)上，主要研究煤中礦物質(zhì)組成以及催化劑對煤催化解聚過程的影響規(guī)律。
　　論文選取棗莊煤（ZZ）作為實驗煤樣，采用物理脫灰方式，對棗莊煤進行脫灰處理，制得棗莊脫灰煤（ZZDM）。通過考察

3、原煤及脫灰煤催化解聚產(chǎn)物的組成、分布規(guī)律、主要礦物質(zhì)元素組成及煤結(jié)構(gòu)變化，探究煤中礦物質(zhì)與催化劑對煤熱解過程的作用規(guī)律。
　　首先，采用物理洗煤的方式將棗莊煤的礦物質(zhì)由原煤的41.60％脫除到3.26%，測得棗莊原煤熱解焦油收率為15.52%(daf)，棗莊脫灰（ZZDM）熱解焦油收率為16.84%(daf)，分析棗莊原煤和脫灰煤熱解焦油組成發(fā)現(xiàn)：原煤熱解焦油中輕質(zhì)組分較脫灰煤焦油中的多，表明礦物質(zhì)對焦油具有二次裂解作用，能夠促進

4、產(chǎn)生更多小分子量的輕質(zhì)油。進一步分析發(fā)現(xiàn)，礦物質(zhì)促進煤結(jié)構(gòu)中含氧含硫官能團的裂解，從而使原煤焦油中含氧含硫化合物種類增多。此外，原煤的平均孔徑較脫灰煤的小，熱解時焦油的逸出速度慢，與礦物質(zhì)接觸時間相對較長，焦油容易發(fā)生裂解。所以脫灰煤熱解焦油產(chǎn)率高于原煤。
　　其次，分別考察了添加不同質(zhì)量分數(shù)的鈷基、鎳基催化劑對ZZ煤和ZZDM煤催化解聚的產(chǎn)物分布影響。結(jié)果表明：原煤和脫灰煤焦油收率呈現(xiàn)先降后增的趨勢，鈷基催化劑質(zhì)量分數(shù)為0.6%

5、時，原煤焦油收率最高達到了19.99%(daf)，增長了4.47%。鎳基催化劑質(zhì)量分數(shù)為0.8%時，焦油產(chǎn)率最高為19.62%(daf)，增長了4.10%。脫灰煤的焦油收率普遍低于原煤，結(jié)合焦油的組分分析以及半焦和氣體產(chǎn)率的影響，表明催化劑與礦物質(zhì)對煤催化解聚有協(xié)同作用。
　　最后，考察了加入鐵基、鋁基、鋅基催化劑對原煤催化解聚的影響，發(fā)現(xiàn)加入鐵基、鋁基、鋅基催化劑對煤進行催化解聚時，有利于煤結(jié)構(gòu)中含氧官能團斷裂進入到焦油中。