煤熱解與乙烷水蒸氣重整耦合過程中焦油的形成及機制.pdf

1、本文針對一種利用Ni/Al2O3催化劑催化乙烷水蒸氣重整（SRE）并與煤熱解過程耦合來提高焦油產(chǎn)率的新工藝，開展該過程中焦油的形成規(guī)律及機理的研究，并與 N2、H2和甲烷水蒸氣重整（SRM）氣氛下的結(jié)果進行比較。
　　以不連溝次煙煤（BLG）為煤樣，利用常壓固定床反應(yīng)器在N2、H2、SRM和SRE等四種氣氛下進行熱解實驗。研究了熱解溫度、乙烷流量、水碳比（S/C，原料氣中水分子數(shù)與碳原子數(shù)的比值）對焦油和半焦產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明，

2、煤熱解與乙烷水蒸氣重整耦合過程（CP-SRE）相對于 N2氣氛下熱解（CP-N2）、H2氣氛下熱解（CP-H2）以及煤熱解與甲烷水蒸氣重整耦合過程（CP-SRM）可獲得更高的焦油產(chǎn)率。在600℃時，CP-SRE過程的焦油產(chǎn)率分別是CP-N2、CP-H2和CP-SRM過程的1.42、1.09和1.04倍。S/C為1時，CP-SRE過程有最高的焦油產(chǎn)率；增大乙烷流量可以提高焦油產(chǎn)率，當乙烷流量從75 mL/min提高到125 mL/min時

3、，焦油產(chǎn)率提高22%。半焦產(chǎn)率隨溫度增加而下降，CP-SRE過程半焦產(chǎn)率低于CP-N2。
　　為認識CP-SRE過程所得焦油的餾分分布和結(jié)構(gòu)信息，利用模擬蒸餾、凝膠滲透色譜，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS）和核磁共振等表征方法對煤焦油的性質(zhì)進行分析。結(jié)果表明 CP-SRE過程所得焦油的平均分子量低于 CP-N2所得焦油，但與 CP-H2、CP-SRM相差不大。耦合過程對焦油的餾分分布有積極的影響，CP-SRE所得焦油具有較高輕油及

4、酚油含量，較低的瀝青質(zhì)含量。焦油的1H-NMR和13C-NMR分析結(jié)果顯示，相比于CP-N2過程，耦合過程所得焦油中單環(huán)芳香氫和芳香季碳的含量增加，表明乙烷重整產(chǎn)生的活性組分參與到煤熱解自由基的穩(wěn)定，阻止了煤熱解自由基之間的縮聚反應(yīng)。通過GC/MS定性了焦油中的137種組分，它們約占焦油可揮發(fā)組分的42 wt.%，發(fā)現(xiàn)酚及其 C1～C3的烷基取代物是焦油的主要成分，且耦合過程對其含量有重要影響，但對萘類及其烷基取代物的影響較小。