《亞臨界H2O+CO體系中低階煤改性制粘結性煤機理研究》是依託太原理工大學，由張永發擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：亞臨界H2O+CO體系中低階煤改性制粘結性煤機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張永發
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在亞臨界H2O+CO水煤氣變換反應WGSR體系中，採用自主研發的Fe/K催化劑，成功地將低階無粘結性煤（GRI=0）轉化為粘結性煤（GRI＞90）。然而，對體系中Fe/K催化的主要反應及催化機制、極性CO和活性H•等物種的行為，以及煤改性增粘的機理，包括：加氫分布和自由基變遷規律及其與煤粘結特性的關係等科學問題不深入、不系統。針對這些問題，本課題系統地開展如下研究：①Fe/K催化亞臨界H2O+CO體系對煤改性增粘的影響和催化特性研究，包括：Fe/K對煤熱解、水煤氣變換反應和體系中生成活性H•與煤反應的催化作用特性，及其對煤結構調變的作用規律；②低階煤改性增粘機理研究，包括：引入氫和自由基濃度Ng的分布及變遷規律、煤結構變化規律和官能團脫除規律等；③改性煤產物的結構特徵和供氫率等與其粘結性關係研究。
結題摘要
針對Fe/K催化亞臨界H2O+CO水煤氣變換反應WGSR體系中Fe/K催化主要反應、催化機制、體系中極性CO和活性H•等物種行為以及煤改性增粘的機理包括：加氫分布和自由基變遷規律及其與煤粘結特性的關係等還不清楚等問題，利用TG-DTG、FTIR、XPS、EPR、13C-NMR、py-GCMS以及GPC等分析方法，系統地開展了亞臨界H2O+CO體系中低階煤改性制粘結性煤機理研究。主要結論如下：（1）明確了Fe基催化劑、帶孤對電子的極性CO和亞臨界H2O對褐煤改性增粘的影響及相互作用。FeS催化劑對煤改性增粘具有顯著的催化作用，其催化的實質在於協同促進了水煤氣變換、褐煤熱解和加氫等反應。CO通過WGSR向體系供氫，提高CO初壓可推動活性氫H•向煤內部結構擴散以穩定褐煤熱解產生的自由基；同時，吸附態的CO可誘導臨近原子的電子云向其偏移，導致相應化學鍵變弱、斷裂。亞臨界H2O 是提供活性氫源的媒介，並可促進煤中含氧官能團的脫除，削弱反應物間相界面及相內擴散的阻力。（2）認識了亞臨界H2O+CO體系煤改性過程中化學鍵斷鍵及煤結構變遷規律。Fe催化亞臨界H2O+CO體系中的褐煤改性可破壞醚、酯和烷基等共價鍵的連線、改變氫鍵等非共價鍵的作用形式和強度，從而促進芳環自由基重排以生成適當分子量的多環芳烴自由基，這些自由基可被體系中的活性氫H•穩定而形成瀝青質等粘結性物質。（3）闡明了亞臨界H2O+CO體系中活性氫H•的分配關係和賦存形態，並提出了加氫產物中代表性結構的氫轉移路徑。活性氫會按照前瀝青烯→瀝青烯→油的順序發生遷移，並且其更傾向於以Har、Hα,2、Hα以及Hγ的形式摻入可溶物中。（4）明確了亞臨界H2O+CO體系煤改性過程中致粘組分結構演化規律。可溶物均由重均分子量在1170-2900、300-550、190-300以及100-150範圍內的四種化合物組成。且均以多環脂肪烴/芳烴為主體，單環芳烴、脂肪側鏈及含氧官能團作為取代基。（5）建立了亞臨界H2O-CO體系中產生的活性氫H•與適度重排的自由基ΣR•生成粘結物使褐煤增粘的機理：①活性氫H•的生成。②褐煤的熱解及自由基ΣR•的生成。③自由基的重排及粘結物的生成。
