低碳烴活化與煤熱解耦合過程中焦油形成規律和機制

《低碳烴活化與煤熱解耦合過程中焦油形成規律和機制》是依託大連理工大學,由胡浩權擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低碳烴活化與煤熱解耦合過程中焦油形成規律和機制
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡浩權

項目摘要

煤熱解是重要的煤炭分質清潔高效轉化技術。煤熱解產生的焦油既是多環芳烴的重要來源，也可加工成油品以彌補原油的不足。申請人在前期研究甲烷活化與煤熱解耦合過程中，發現甲烷活化形成自由基參與了煤熱解自由基的穩定，因甲基自由基的分子量高於氫自由基，使耦合過程焦油產率高於煤加氫熱解焦油產率。若分子量更高的乙基自由基參與煤熱解，有望得到更高的焦油產率。基於此，本項目提出開展低碳烴活化與煤熱解耦合過程中焦油形成規律和機理的研究，重點研究煤的組成、結構以及工藝參數對乙烷、丙烷以及混合低碳烴活化（水蒸氣重整和部分氧化）與煤熱解耦合過程的影響規律，探討低碳烴分子大小與耦合過程焦油產率和性質間的關係，同時利用真空紫外單光子電離分子束質譜和同位素示蹤方法研究低碳烴在耦合過程中變遷規律、耦合過程的反應機理等。研究工作對深入認識煤熱解過程自由基反應與調控，發展具有高品質和高產率煤焦油的熱解工藝具有理論和現實意義。

結題摘要

煤熱解過程中焦油的形成與煤中有機大分子受熱裂解和裂解自由基的穩定有關，在熱解過程中利用外部施加的小分子自由基使裂解自由基穩定，是提高焦油產率的有效途徑。前期研究發現將甲烷活化與煤熱解耦合可顯著提高煤熱解過程的焦油產率，且明顯高於被認為是提高煤熱解焦油產率最有效方法的加氫熱解的焦油產率，究其原因應該與煤熱解產生的自由基進行結合的外加自由基大小有關。為此，本項目提出開展低碳烴活化與煤熱解耦合過程中焦油形成規律和機理的研究。重點研究乙烷、丙烷以及混合低碳烴活化（水蒸氣重整和部分氧化）與煤熱解耦合過程產物形成規律，同時利用真空紫外單光子電離分子束質譜技術和同位素示蹤方法研究低碳烴耦合過程中變遷規律、耦合過程的反應機理以及與煤熱解焦油產率和性質的關係等。通過低碳烴水蒸氣（及二氧化碳）重整與煤熱解耦合過程研究，得到了低碳烴活化與煤熱解耦合過程焦油生成的基本規律以及工藝條件（反應溫度、低碳烴流量、甲烷/乙烷混合比例等）對耦合過程產物分布及組成（特別是焦油產率及組成）的影響規律，製備了性能優良的低碳烴水蒸氣重整催化劑Ce-Ni/Al2O3以及具有較好抗結炭性能低碳烴二氧化碳重整催化劑Ni/La2O3。進一步證明了低碳烴活化在煤熱解過程焦油形成中的作用，明確了低碳烴分子大小與耦合過程焦油產率和性質間的關係；利用飛行時間質譜原位研究催化重整反應過程，認識不同催化劑上CH4與CO2的活化機理；採用同位素示蹤法，認識了高的焦油產率與低碳烴活化產生自由基參與煤熱解自由基的穩定有關，由於烷基自由基分子量明顯大於氫自由基，當烷基自由基與煤熱解自由基結合，對焦油量的貢獻更大，使耦合過程的焦油產率高於加氫熱解焦油產率。上述研究成果為獲得高焦油產率的新型煤熱解工藝開發以及過程最佳化提供重要基礎。在項目執行期間，已在國內外本領域主流刊物發表論文6篇，參加12次國際和2次國內會議，交流論文14篇，其中特邀報告國際會議4次，國內會議1次；申請發明專利1項；培養博士研究生5名，碩士研究生7名。