煤中低分子化合物在热解气态焦油催化改质过程中的供氢机制
批准号:
21706173
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
闫伦靖
依托单位:
学科分类:
B0815.能源化工
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李凡、白永辉、吕鹏、刘玉洁、杨戌浩、周亚杰、牛帅星
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中文摘要
在煤热解焦油气未冷凝前进行催化裂解,耦合伴生富氢组分,将重质焦油转化为苯、甲苯、二甲苯、萘(BTXN)等轻质化工品是实现重质焦油高附加值利用的重要途径。深入探讨煤中相对富氢的低分子化合物在气态焦油催化改质过程中的变迁行为,有助于认识低分子化合物作为供氢组分促进重质焦油轻质转化的过程实质。本研究利用抽提、柱色谱法将低分子化合物从煤大分子结构中提取、分离,详细解析各组分的结构、含量及其在热解过程中的变迁行为。依据不同操作条件下原煤、抽提残煤以及抽提物的热解气态焦油催化改质产物特性,探讨不同变质程度煤中低分子化合物对BTXN形成的贡献;并将具有供氢结构的低分子组分单独或混合回配到抽提残煤中进行催化,探明不同富氢组分对焦油裂解碎片的供氢能力及相互竞争关系。最终揭示低分子化合物在气态重质焦油催化形成BTXN过程中的供氢机制。研究结果将为气态焦油重质组分催化裂解轻质化技术的应用提供科学指导。
英文摘要
It is an important way to realize the high value-added utilization of heavy tar by converting it into light chemical products, like benzene, toluene, xylene and naphthalene (BTXN) during catalytic upgrading of uncondensed tar coupling with the hydrogen-rich components in coal pyrolysis products. Through deeply study on the transformation behavior of low molecular compounds which are the relative hydrogen-rich components in coal during catalytic upgrading of gaseous tars, it will have a better understanding of the process of the low molecular compounds as hydrogen donor components to promote the conversion of heavy tar to light arenes. Therefore, this project will extract low molecular compounds from coal macromolecule structure and then separate them by column chromatography. The structure and content of each component will be detected, and their transformation behaviors will be detailed analyzed during pyrolysis. The contribution of low molecular compounds in different rank coal to BTXN formation will be investigated according to the catalytic products characteristics of gaseous tar generated from pyrolysis of raw coal, residual coal, and extract under different operation conditions. Then, the components with hydrogen donating structure in low molecular compounds will be separately or simultaneously blended with residual coal for the catalytic experiments to discuss the hydrogen-donating ability of each component to the cracking fragment of tar and the competitive relationship between them. Finally, the hydrogen-donating mechanisms of low molecular compounds will be revealed during the catalytic formation of BTXN. The results will provide the theoretical guidance for the application of the catalytic upgrading of gaseous tar.
在煤热解焦油气未冷凝前进行催化裂解,耦合伴生富氢组分,将重质焦油转化为苯、甲苯、二甲苯、萘(BTXN)等轻质化工品是实现重质焦油高附加值利用的重要途径。深入探讨煤中相对富氢的低分子化合物在气态焦油催化改质过程中的变迁行为,有助于认识低分子化合物作为供氢组分促进重质焦油轻质转化的过程实质。本研究利用抽提、柱色谱法将低分子化合物从煤大分子结构中提取、分离,利用Py-GC/MS对低分子化合物进行催化热解,探究了低分子化合物的热变迁规律。通过比较在不同温度下原煤(褐煤SL,长焰煤PS,焦煤HX)和抽提残煤(SLR,PSR,HXR)中产物分布差异,探析了不同变质程度煤中低分子化合物对焦油催化改质效果的作用。在此基础上,探讨了低分子化合物中不同组分对焦油裂解碎片的供氢能力及相互竞争关系。最终,揭示了低分子化合物在气态重质焦油催化形成BTXN过程中的供氢机制。结果表明,700°C时低分子化合物主要发生裂解反应,脂肪族、酚类、单环芳烃和多环芳烃的产率达到最大值。当热解温度超过800°C时,低分子化合物主要发生缩聚反应。催化条件下脂肪族化合物可以促进低分子化合物中芳香族化合物催化裂解生成苯系物和2-3环的芳烃。煤催化热解产生的BTEXN主要来源于煤的大分子结构。而低分子化合物中含氧化合物和芳香族化合物经USY催化后也会产生一定量的BTEXN,但与原煤相比产率较低。吡啶抽提残煤的催化产物中BTEXN产量明显低于原煤,重质芳烃的裂解率也较低,另外抽提残煤SLR和PSR中一些稠环芳烃(如苊烯、芴、菲和蒽等)产量甚至有所增加。脂肪族和含氧类的低分子化合物可作为富氢组分为焦油催化改质提供小分子自由基,及时稳定稠环芳烃、带烷基侧链芳烃和酚类化合物等物质的裂解碎片,形成轻质芳烃。低分子化合物的供氢作用与赋存在煤中低分子化合物的组成以及含量相关。本研究项目的结果将为该技术的工业应用提供理论基础。通过本项目研究,发表SCI收录论文8篇,中文论文2篇。培养博士研究生1名,硕士研究生4名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0830
发表时间:2018
期刊:化工进展
影响因子:--
作者:刘玉洁;闫伦靖;白永辉;李凡
通讯作者:李凡
DOI:10.16581/j.cnki.issn1671-3206.20190523.085
发表时间:2019
期刊:应用化工
影响因子:--
作者:李冠龙;何媛媛;闫伦靖;孔晓俊;白永辉;李凡
通讯作者:李凡
DOI:10.1021/acs.iecr.9b03347
发表时间:2019-10
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:4.2
作者:Peng Lv;Lunjing Yan;Yan Liu;Meijun Wang;W. Bao;Fan Li
通讯作者:Peng Lv;Lunjing Yan;Yan Liu;Meijun Wang;W. Bao;Fan Li
Effects of loading methods and oxidation degree of support on the tar reforming activity of char-supported Ni catalyst using toluene as a model compound
负载方式和载体氧化程度对以甲苯为模型化合物的炭载Ni催化剂焦油重整活性的影响
DOI:10.1016/j.fuproc.2020.106347
发表时间:2020-05
期刊:Fuel Processing Technology
影响因子:7.5
作者:Ren Liang;Yan Lun-Jing;Bai Yong -Hui;Liu Yan;Lv Peng;Wang Yu-Xian;Li Fan
通讯作者:Li Fan
Effect of Brønsted acid of Y zeolite on light arene formation during catalytic upgrading of coal pyrolysis gaseous tar
Y沸石布朗斯台德酸对煤热解气态焦油催化提质过程中轻质芳烃形成的影响
DOI:10.1016/j.joei.2020.06.007
发表时间:2020-06
期刊:Journal of the Energy Institute
影响因子:5.7
作者:Lunjing Yan;Yujie Liu;Peng Lv;Meijun Wang;Fan Li;Weiren Bao
通讯作者:Weiren Bao
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