低階煤的溫和熱溶解聚及其高效液化的基礎研究

《低階煤的溫和熱溶解聚及其高效液化的基礎研究》是依託安徽工業大學，由水恆福擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：低階煤的溫和熱溶解聚及其高效液化的基礎研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：水恆福
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

傳統煤直接液化工藝由於煤中富含縮合芳環和灰分，導致高達30%的液化殘渣利用困難，只能採用低活性可棄型催化劑，液化效率低。本項目重點研究在低於煤的熱解溫度下低階煤的熱溶解聚，以減少縮聚產物生成。富氫低縮合芳環的熱溶物高效加氫液化，富碳高縮合芳環及煤中灰分的熱不溶物用於配煤煉焦，為開發新的低階煤分級轉化和高效液化工藝提供科學依據和技術支持。本項目涉及的關鍵技術是煤與生物質共熱溶、離子液體對煤的熱溶解聚、煤的預處理改質、高效裂解加氫催化劑製備。擬系統考察煤與生物質的協同作用和離子液體對煤的熱溶解聚機理，通過與生物質共熱溶和合成適合的離子液體，以及採用有效的煤預處理技術，在低於煤的熱解溫度下，獲得較多的不含縮聚產物的高活性的熱溶物。基於熱溶物組成與結構，在保持載體的酸度的條件下，調節載體的孔道結構，並負載相應的活性組分，保持催化劑的裂解和加氫性能平衡，實現熱溶物高效催化加氫液化和催化劑可循環利用。

結題摘要

本項目主要開展了不同變質程度煤的中低階煤的熱溶解聚規律研究，考察了溶劑、溫度等影響因素對熱溶效果的影響。通過對熱溶物和不溶物的結構性質表征，熱溶殘煤的過氧化氫氧解等手段，反演低階煤的結構，揭示了中低階煤熱溶解聚機理，實現低階煤的可控熱溶。考察了神府煤次煙煤與生物質共熱溶性能，通過對共熱溶物的表征，以及模型化合物與木質素的作用，研究煤與生物質在熱溶過程中協同作用機理，為低階煤溫和熱溶奠定基礎。以神府煤為重點，在研究其不同有機溶劑中的熱溶解聚規律的基礎上，進行了熱溶物液化性能及其催化劑的循環利用研究。開展了煤及其熱溶物高效加氫液化催化劑的開發，研究了熱溶物組成與結構對催化劑活性的影響以及催化劑的失活機理；此外本項目還進行了熱溶物配煤煉焦基礎研究。結果表明，粗甲基萘油因為含有少量極性化合物，其對低階煤具有較好的熱溶解聚效果，其熱溶率超過60%，添加甲醇由於其與煤中酸性含氧官能團的醇解作用，破壞了煤中的氫鍵，從而進一步提高了煤的熱溶率。隨熱溶溫度提高，熱溶物芳香度增加，熱溶物的性能存在明顯差異。煤與生物質共熱溶時，由於生物質在較低溫度的熱解形成的苯氧或苄氧自由基等中間體，可以進一步進攻煤的大分子結構，引起煤結構中部分弱鍵合的斷裂，促進了煤的低溫熱溶解聚。低階煤熱溶物相對原煤具有更好的液化活性，在高活性催化劑的作用下，其加氫液化轉化率超過96%，甚至達到100%，且油收率達到70%以上，遠高於在相同條件下原煤的70%左右的液化轉化率和30%左右的油收率。由於低階煤熱溶物在高效催化劑作用幾乎全部液化轉化，催化劑幾乎不結碳，因而催化劑可以保持較高的活性，可以循環利用。研究表明催化劑經過4次循環利用後活性仍然較高，沒有結碳現象發生，從而可以大幅度降低液化過程中的催化劑消耗成本。低階煤熱溶物用於配煤煉焦能夠明顯改善焦炭質量，是擴大煉焦煤源提高焦炭質量的有效途徑。上述工作能夠促進對低階煤的締合結構、溫和熱溶解聚和煤液化機理，以及煤液化催化劑的作用等更進一步認識，特別是可以為低階煤通過溫和熱溶解聚、熱溶物液化和高效加氫催化劑的循環利用這一新的低階煤高效液化技術的突破提供重要的理論支撐。在本項目執行期間，已在國外本領域主流刊物發表SCI/EI收錄論文35篇，先後參加6次在國內外召開的國際會議，交流論文12篇；申請發明專利14項，授權8項；畢業博士研究生1名，碩士研究生22名。