煤直接液化過程中氫自由基的形成及加氫液化反應機理

《煤直接液化過程中氫自由基的形成及加氫液化反應機理》是依託大連理工大學,由胡浩權擔任醒目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：煤直接液化過程中氫自由基的形成及加氫液化反應機理
• 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：胡浩權

項目摘要

煤炭直接液化是先進的潔淨煤技術。由於煤相當複雜和可變的化學及物理性質，對發生在煤液化中的真實過程缺乏認識。在液化過程中同時存在煤熱解和溶解、溶劑與煤及煤熱解自由基作用、溶劑與氫氣的作用、氫氣與煤及煤熱解自由基的作用等，液化過程的可靠性和經濟性等受煤種、催化劑及過程工藝條件的嚴重影響，而且在催化劑的作用機制、溶劑的作用、氫轉移及液化機理等方面存在認識上的分歧。本項目利用同步輻射真空紫外單光子電離及分子束質譜診斷技術、熱重-質譜、原位紫外拉曼，原位電子自旋共振等先進分析檢測技術，結契約位素示蹤及液化實驗等，研究煤中不同組分的熱解過程自由基產生行為；催化劑、助催化劑對煤化學鍵斷裂及加氫液化的作用；供氫溶劑在煤直接液化過程的氫自由基轉移機理以及氫氣轉化為氫自由基的行為規律等，為進一步認識煤液化機理、液化過程中氫自由基的形成和轉移、溶劑和催化劑的作用以及液化工藝過程催化劑和反應器設計提供重要基礎。

結題摘要

煤炭直接液化工藝過程的可靠性和經濟性等受煤種、催化劑及過程工藝條件的嚴重影響，而且在催化劑的作用機制、溶劑的作用、氫轉移及液化機理等方面存在認識上的分歧。本項目利用多種先進分析檢測技術，結契約位素示蹤及液化實驗等，研究煤中不同組分的熱解過程自由基產生行為；催化劑、助催化劑對煤化學鍵斷裂及加氫液化的作用；供氫溶劑在煤直接液化過程的氫自由基轉移機理以及氫氣轉化為氫自由基的行為規律等。具有不同橋鍵、取代位和雜原子的類煤模型化合物的原位熱解真空紫外單光子電離分子束質譜研究表明，模型化合物在受熱裂解過程中，除自由基反應外還存在氫轉移及小分子自由基反應誘導的異構化等非自由基過程，通常在低溫條件下，非自由基反應占主導，而高溫以自由基反應為主；煤、煤岩組分和類煤聚合物的原位熱解真空紫外單光子/電子轟擊雙電離與飛行時間質譜研究表明：在較低的溫度下，易分解或易斷裂的基團都會引發自由基反應，自由基除自身發生相互反應外，還可以通過誘導效應促使常規無法進行的反應。煤及顯微組分的直接液化研究表明，煤岩顯微組分在結構上的差異導致其液化性能明顯不同，而顯微組分的液化性能與液化氣氛、催化劑和供氫溶劑等密切相關。H2在液化過程中參與煤液化反應，穩定了煤熱解產生的自由基；催化劑的主要作用之一是促進H2解離形成活性氫自由基，使H2氣氛下煤轉化率和油收率顯著高於N2氣氛，添加一定量的H2S，會顯著提高油收率，降低瀝青烯和前瀝青烯含量；在液化過程中溶劑供氫和催化劑活化氫氣起到互補作用，當催化劑的活性足夠高時，氫氣主要通過催化劑的活化提供氫自由基，而當催化劑活性不足或無氫氣時，供氫溶劑通過脫氫提供部分氫源，達到穩定煤熱解產生的自由基目的。煤液化中氫的轉移路徑與催化劑、溶劑和壓力密切相關，使用高活性的催化劑時，氣態氫可直接被催化劑活化與煤熱解產生的自由基結合生成小分子的物質，但當催化劑活性較低時，溶劑萘先加氫生成四氫萘，四氫萘脫氫再與煤熱解自由基結合，溶劑起到氫傳遞的作用。上述工作促進了對煤液化機理、液化過程中氫自由基的形成和轉移、溶劑和催化劑的作用的進一步認識，為液化工藝過程催化劑和反應器設計提供重要基礎。在本項目執行期間，已在國外本領域主流刊物發表論文12篇，先後參加9次在國內外召開的國際會議，交流論文11篇，其中國際會議特邀報告2篇；授權發明專利1項；培養博士研究生7名，畢業碩士研究生4名。