焦油催化裂解與甲烷催化重整耦合提質過程及機理研究

《焦油催化裂解與甲烷催化重整耦合提質過程及機理研究》是依託大連理工大學,由靳立軍擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：焦油催化裂解與甲烷催化重整耦合提質過程及機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：靳立軍

項目摘要

山西是煤焦生產大省，煤焦油是焦化過程主要副產品及中低階煤熱解的重要產品。本項目針對煤焦油中重質組分含量高和焦油催化裂解輕質化過程油收率低等問題，利用Ni基催化劑可同時催化焦油裂解和甲烷重整的特點，提出將焦油催化裂解與甲烷催化重整過程相耦合，以期藉助甲烷重整過程中產生的富氫活性自由基來穩定焦油裂解形成的自由基，達到焦油提質和調控油氣品質的目的。通過研究不同甲烷催化重整方式和耦合過程參數對油氣品質的影響，獲得焦油催化裂解與甲烷催化重整耦合過程油氣調控的基本規律和具有高輕質組分含量與收率的提質工藝；通過熱解-真空紫外單光子/電子轟擊雙電離與飛行時間質譜系統對反應產物的原位檢測，結契約位素示蹤技術，闡明耦合過程焦油輕質化的作用機理。該項目的開展為重質焦油輕質化提供新方法，也為富含甲烷氣的焦爐煤氣利用提供新方向，研究工作對認識焦油催化裂解規律及過程調控、煤焦油深加工具有重要的理論意義和實際套用價值。

結題摘要

本項目針對傳統熱解焦油重質組分含量高、輕質組分含量低和焦油催化裂解過程焦油產率低等問題，將傳統焦油催化裂解和甲烷催化重整過程相耦合，以甲烷催化重整過程中產生的富氫活性自由基（•H和•CHx）來穩定焦油裂解形成的自由基，達到焦油提質的目的。研究結果表明，該方法可實現輕質焦油含量與收率的大幅提高，焦油品質顯著提升。不同類型的催化劑（分子篩、Ni基和炭基催化劑）均可實現對煤熱解焦油的催化提質，尤以Ni含量為5 wt.%的Ni/Al2O3和活性炭（AC）提質效果最佳。輕質焦油含量和收率得到大幅提高。當甲烷二氧化碳重整與熱解焦油原位催化裂解耦合時，以5Ni/Al2O3作為提質催化劑，焦油中輕油、酚油、萘油、洗油和蒽油的含量分別提高120%，110%，51% 和32%，重質組分含量由47.2 wt.%降至19.2 wt.%，平均分子量由279 amu降至193 amu。以AC為提質催化劑時，輕質焦油產率提高45%。 以AC為載體製備5 wt.%的Ni/AC催化劑，650 oC時輕質焦油含量由52.8 wt.%提高到96.5 wt.%，輕質焦油產率提高52.5%，平均分子量由279 amu降至160 amu。甲烷水蒸氣重整與熱解焦油原位催化裂解耦契約樣提高焦油品質。Ni/AC可使輕質焦油產率提43%。熱解與重整溫度、催化劑用量、氣體流量等同樣影響焦油耦合提質效果。該方法不僅適用於熱解焦油的原位催化提質，同樣可以實現離線熱解焦油的催化提質。對Ni基催化劑與碳基催化劑結合，提高了其抗積碳性能；通過添加Mo助劑進行改性，提高了其抗硫能力。 利用原位熱解-真空紫外單光子電離與飛行時間質譜，認識了煤熱解和催化熱解過程初級產物的生成規律和催化作用形式；結契約位素示蹤分析，證明了甲烷催化重整產生的•H和•CHx參與了輕質焦油的形成，正是這些小分子自由基的作用使得耦合提質過程限制提高了輕質焦油含量與收率。這些研究成果揭示了焦油催化裂解和甲烷催化重整耦合提高焦油品質的具體作用機制；為降低熱解焦油重質組分含量、提升焦油品質和調控熱解過程中的油氣品質等具有重要的指導作用和實際套用價值。也為生物質熱解過程產物品質提高提供一種新思路。