煤液化技術(shù)論文

　　煤液化指在一定溫度、壓力下，用氣化劑對(duì)煤進(jìn)行熱化學(xué)加工，將煤中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^(guò)程。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理了煤液化技術(shù)論文，有興趣的親可以來(lái)閱讀一下!

　　煤液化技術(shù)論文篇一

　　煤直接液化綜述

　　摘要：本文總結(jié)了煤直接液化原理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，在煤油漿體制備和加氫液化反應(yīng)效果上有重大突破，并提出了新的觀點(diǎn)和看法。在漿體制備上，選用元寶山煤和煤焦油餾分油為溶劑，制備出具有良好流動(dòng)性和穩(wěn)定性的煤漿，降低了生產(chǎn)設(shè)備因沉積，堵塞而產(chǎn)生的維修費(fèi)用，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期;在加氫液化方面，選用高效的催化劑，使總轉(zhuǎn)化率，出油率顯著提高，殘?jiān)黠@減少，增加了產(chǎn)量，降低了殘?jiān)幚砹浚捎诜磻?yīng)時(shí)間的需求小，使得生產(chǎn)裝置空速高，生產(chǎn)效率大大提高。

　　關(guān)鍵字：煤直接液化;流動(dòng)性;穩(wěn)定性;催化劑;

　　中圖分類號(hào)： X952 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

　　煤直接液化的原理

　　煤炭直接加氫液化一般是在較高溫度(>400℃)，高壓(17MPa)，氫氣(或CO+H2，CO+H2O)、催化劑和溶劑作用下，將煤加氫，直接轉(zhuǎn)化為液體油的加工過(guò)程。煤和石油主要都是由C、H、O等元素組成，不同的是：煤的氫含量和H/C原子比比石油低，氧含量比石油高;煤的分子量大，一般大于5000。而石油約為200，汽油約為110;煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般認(rèn)為煤有機(jī)質(zhì)是具有不規(guī)則構(gòu)造的空間聚合體，它的基本結(jié)構(gòu)單元是縮合芳環(huán)為主體的帶有側(cè)鏈和官能團(tuán)的大分子，而石油則為烷烴、環(huán)烷烴和芳烴的混合物。煤還含有相當(dāng)數(shù)量的以細(xì)分散組分的形式存在的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)和吸附水，煤也含有數(shù)量不定的雜原子(氧、氨、硫)、堿金屬和微量元素。根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)，可將煤在液化反應(yīng)中的轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖表示：

　　注：上述反應(yīng)歷程中C1表示煤有機(jī)質(zhì)的主體，C2表示存在于煤中的低分子化合物，C3表示惰性成分。

　　二、制漿階段各種要求

　　2.1煤種的選擇

　　國(guó)內(nèi)外大量的煤直接液化實(shí)踐證明，由于煤的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，煤中有機(jī)質(zhì)不是以一定的分子形式存在，而是以多樣復(fù)雜的高分子化合物的混合形式存在，所以，不能客觀的確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。煤種不同，即煤的體相、表面形貌、內(nèi)水含量、礦物質(zhì)種類和含量等不同，直接液化難易程度也有很大差別。其中煤的分子結(jié)構(gòu)、組成、巖相組分含量及煤灰成分等對(duì)煤直接液化均有很大影響。

　　綜上所述，選擇適宜直接液化的煤種一般應(yīng)滿足下述條件中的大部分：

　?、倌昵酂熋汉湍昀虾置?，褐煤比煙煤活性高，更易液化;

　?、趽]發(fā)分大于35%;

　?、蹥浜看笥?%，碳含量82%～85%，氫/碳原子比愈高愈好，同時(shí)希望氧含量愈低愈好;

　?、芑钚越M分大于80%;

　　⑤灰分小于10%(干燥基)，礦物質(zhì)中最好富含硫鐵礦。

　　2.2溶劑的作用和選擇

　?、偃芙馊苊涀饔茫阂恍┯袡C(jī)溶劑和煤中的有機(jī)質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的作用，導(dǎo)致煤中諸如氫鍵等非共價(jià)鍵斷裂溶解在溶劑中，從而破壞煤中交聯(lián)鍵形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使煤發(fā)生溶脹。溶脹后的煤的結(jié)構(gòu)較為疏松，自由能降低。

　　②供氫和熱傳遞作用：我們選用的溶劑為煤焦油餾分段，它不但可以阻止煤中小的自由基的縮聚，而且煤焦油中含有萘，在催化劑存在的條件下可以形成四氫萘和十氫萘，具有供給煤液化所需要的氫原子，還可作為催化劑的載體，使煤粉在良好的氫氣條件下充分轉(zhuǎn)化，反應(yīng)效率高，可循環(huán)使用。

　　2.3漿體流態(tài)化

　　在煤液化工業(yè)過(guò)程中, 首先需要將原料煤與循環(huán)油以一定比例配制成油煤漿, 經(jīng)過(guò)高壓泵增壓, 流經(jīng)熱交換器和預(yù)熱爐, 送到加氫反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。油煤漿的黏度是設(shè)計(jì)液化反應(yīng)器和油煤漿輸送系統(tǒng)涉及到的一個(gè)重要參數(shù), 對(duì)煤液化工程的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

　?、倜侯w粒粒度對(duì)煤漿黏度的影響：煤漿體系的黏度隨煤顆粒粒度減小而增加. 相同濃度的煤漿, 粗顆粒較多時(shí), 由于溶劑空間較大, 煤漿流動(dòng)性好, 煤漿表觀黏度下降,但粒子重力會(huì)超過(guò)凝聚作用力, 使懸浮體系沉降, 穩(wěn)定性變差. 細(xì)顆粒較多時(shí), 顆粒在溶劑中的分散性增強(qiáng), 粒子間相互作用力增大, 表觀黏度升高, 但煤漿穩(wěn)定性提高, 流動(dòng)性變差。因此, 不同粒度的煤粉可以使大小顆粒互相填充, 制備出濃度高的煤漿。

　　②煤油比對(duì)煤漿黏度的影響：由于煤為多孔物質(zhì), 能夠吸收一定量的溶劑進(jìn)入煤顆粒間的微孔, 使得在顆粒間自由運(yùn)動(dòng)的液相分子減少, 溶劑的作用之一就是作為顆粒間的自由相, 充當(dāng)煤顆粒之間的“潤(rùn)滑劑”, 溶劑量越少, 自由相的潤(rùn)滑作用就越差, 當(dāng)溶劑量較少時(shí), 油煤漿的黏度都較大。

　　③溫度對(duì)煤漿黏度的影響

　　實(shí)驗(yàn)以元寶山煤制成煤含量為45%的煤漿為例，考察了溫度為60℃, 70℃, 80℃和90℃時(shí), 煤漿體系黏度隨溫度的數(shù)據(jù)(見(jiàn)表)。

　　溫度(℃) 60 70 80 90

　　黏度(mpa.s) 930 730 630 380

　　由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知, 溫度對(duì)煤漿黏度的影響很大, 溫度升高時(shí)黏度降低。一般液體的黏度與溫度的關(guān)系可近似用Arrhenius關(guān)系式表示: n=A.exp (E/RT ); 對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù), 則有: lnn= lnA+E/RT。對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)按“最小二乘法”進(jìn)行線性回歸, 回歸方程為:y = 0.1478x + 4.4378;式中: y = lnn ，x= 1000/T. 線性相關(guān)性檢驗(yàn)得到的相關(guān)系數(shù)接近于1, 表明近似呈線性關(guān)系(見(jiàn)圖2.3)。 因此可得到, 在常壓低溫條件下, 煤漿的黏度隨溫度增加而降低。

　　圖2.3 煤漿黏度與溫度的關(guān)系

　　④溶脹對(duì)煤漿黏度的影響:煤與溶劑混合后，放置一段時(shí)間發(fā)生溶脹，煤漿體系的黏度比溶脹前增大, 這主要是由于溶脹作用使煤顆粒粒徑增大, 固相顆粒在煤漿中的體積濃度增大, 隨之造成黏度的增加。

　　綜上所述：在選定合適的煤粉顆粒度，煤油比的前提下，所調(diào)配的煤漿在經(jīng)過(guò)熟化工藝讓其充分溶脹，最終得到具有良好流動(dòng)性和穩(wěn)定性的煤油漿。

　　三、反應(yīng)階段

　　本文以元寶山煤種所制煤漿為例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析如下：

　　3.1溫度對(duì)加氫液化反應(yīng)的影響

　　在初始?jí)毫?.0Mpa，相同的煤含量為50%物料，氫油比為9.96(100g/g),反應(yīng)時(shí)間為2min，改變反應(yīng)溫度350℃，380℃，400℃，420℃和450℃，反應(yīng)溫度對(duì)液化效果的影響見(jiàn)圖3.1 。由圖3.1可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，轉(zhuǎn)化率是一直增加，但到450℃轉(zhuǎn)化率趨于平穩(wěn)，出油率是先增加后降低，而氣產(chǎn)率一直在增大，且幅度越來(lái)越大。這就說(shuō)明了煤隨著溫度的升高，逐漸解聚、溶解、加氫轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率和出油率同時(shí)增加，當(dāng)溫度在420℃-450℃時(shí)，煤的轉(zhuǎn)化率和出油率達(dá)到最高，并于達(dá)到最高點(diǎn)后在較小的高溫區(qū)間持平。溫度在升高，分解反應(yīng)超過(guò)加氫反應(yīng)，縮聚反應(yīng)也隨之加強(qiáng)，則會(huì)引起焦化，氣產(chǎn)率升高，出油率下降。

　　圖3.1不同反應(yīng)溫度對(duì)加氫液化反應(yīng)的影響

　　3.2氫油比對(duì)加氫液化反應(yīng)的影響

　　在工業(yè)生產(chǎn)上，氫油比往往體現(xiàn)在氫氣的壓力上，在物料一定時(shí)，氫壓越高，反應(yīng)速率越高，效果越好，但是，對(duì)高壓設(shè)備的投資、能量消耗和氫耗量都要增加，產(chǎn)品成本相應(yīng)提高，所以應(yīng)根據(jù)原料煤性質(zhì)、催化劑活性和操作溫度，選擇合適的氫壓。

　　3.3時(shí)間對(duì)加氫液化反應(yīng)的影響

　　在初始?jí)毫?.0Mpa，相同的煤含量為50%物料，溫度為450℃,氫油比為9.96(100g/g)，改變反應(yīng)時(shí)間分別為10,15,30,45和60分鐘。反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)效果影響如圖3.3。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)化率緩慢增加，出油率先增加后略微下降，最高點(diǎn)為30min，氣體產(chǎn)率開(kāi)始減少，隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，后來(lái)增加很快，同時(shí)氫耗量也隨之增加。

　　圖3.3不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)加氫液化反應(yīng)的影響

　　從生產(chǎn)的角度出發(fā)，一般要求反應(yīng)時(shí)間越短越好，因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間短意味著空速高、處理量高，不過(guò)合適的反應(yīng)時(shí)間與煤種、催化劑、反應(yīng)溫度、壓力、溶劑以及對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求等因素有關(guān)，應(yīng)通過(guò)實(shí)際情況而定。

　　3.4催化劑的加氫液化反應(yīng)的影響

　　催化劑的組成，催化方式每個(gè)細(xì)微的改變都會(huì)對(duì)反應(yīng)結(jié)果帶來(lái)直接影響，這里不做詳述。

　　結(jié)論：

　　煤直接液化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，每一個(gè)操作步驟都會(huì)影響最終的反應(yīng)結(jié)果，因此還需要更為細(xì)致的研究和發(fā)現(xiàn)，在漿體穩(wěn)定性和催化劑上還需要進(jìn)一步突破，從而為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)，并創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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