煤液化技术论文
煤液化指在一定温度、压力下，用气化剂对煤进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程。下面是学习啦小编整理了煤液化技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!
煤液化技术论文篇一
煤直接液化综述
摘要：本文总结了煤直接液化原理。通过实验研究，在煤油浆体制备和加氢液化反应效果上有重大突破，并提出了新的观点和看法。在浆体制备上，选用元宝山煤和煤焦油馏分油为溶剂，制备出具有良好流动性和稳定性的煤浆，降低了生产设备因沉积，堵塞而产生的维修费用，延长了生产周期;在加氢液化方面，选用高效的催化剂，使总转化率，出油率显著提高，残渣明显减少，增加了产量，降低了残渣处理量，由于反应时间的需求小，使得生产装置空速高，生产效率大大提高。
关键字：煤直接液化;流动性;稳定性;催化剂;
中图分类号： X952 文献标识码： A
煤直接液化的原理
煤炭直接加氢液化一般是在较高温度(>400℃)，高压(17MPa)，氢气(或CO+H2，CO+H2O)、催化剂和溶剂作用下，将煤加氢，直接转化为液体油的加工过程。煤和石油主要都是由C、H、O等元素组成，不同的是：煤的氢含量和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。而石油约为200，汽油约为110;煤的化学结构复杂，一般认为煤有机质是具有不规则构造的空间聚合体，它的基本结构单元是缩合芳环为主体的带有侧链和官能团的大分子，而石油则为烷烃、环烷烃和芳烃的混合物。煤还含有相当数量的以细分散组分的形式存在的无机矿物质和吸附水，煤也含有数量不定的杂原子(氧、氨、硫)、碱金属和微量元素。根据其组成结构，可将煤在液化反应中的转化过程如图表示：
注：上述反应历程中C1表示煤有机质的主体，C2表示存在于煤中的低分子化合物，C3表示惰性成分。
二、制浆阶段各种要求
2.1煤种的选择
国内外大量的煤直接液化实践证明，由于煤的结构极其复杂，煤中有机质不是以一定的分子形式存在，而是以多样复杂的高分子化合物的混合形式存在，所以，不能客观的确定其化学结构。煤种不同，即煤的体相、表面形貌、内水含量、矿物质种类和含量等不同，直接液化难易程度也有很大差别。其中煤的分子结构、组成、岩相组分含量及煤灰成分等对煤直接液化均有很大影响。
综上所述，选择适宜直接液化的煤种一般应满足下述条件中的大部分：
①年青烟煤和年老褐煤，褐煤比烟煤活性高，更易液化;
②挥发分大于35%;
③氢含量大于5%，碳含量82%～85%，氢/碳原子比愈高愈好，同时希望氧含量愈低愈好;
④活性组分大于80%;
⑤灰分小于10%(干燥基)，矿物质中最好富含硫铁矿。
2.2溶剂的作用和选择
①溶解溶胀作用：一些有机溶剂和煤中的有机质发生强烈的作用，导致煤中诸如氢键等非共价键断裂溶解在溶剂中，从而破坏煤中交联键形成的交联网络结构，使煤发生溶胀。溶胀后的煤的结构较为疏松，自由能降低。
②供氢和热传递作用：我们选用的溶剂为煤焦油馏分段，它不但可以阻止煤中小的自由基的缩聚，而且煤焦油中含有萘，在催化剂存在的条件下可以形成四氢萘和十氢萘，具有供给煤液化所需要的氢原子，还可作为催化剂的载体，使煤粉在良好的氢气条件下充分转化，反应效率高，可循环使用。
2.3浆体流态化
在煤液化工业过程中, 首先需要将原料煤与循环油以一定比例配制成油煤浆, 经过高压泵增压, 流经热交换器和预热炉, 送到加氢反应器进行反应。油煤浆的黏度是设计液化反应器和油煤浆输送系统涉及到的一个重要参数, 对煤液化工程的稳定运行至关重要。
①煤颗粒粒度对煤浆黏度的影响：煤浆体系的黏度随煤颗粒粒度减小而增加. 相同浓度的煤浆, 粗颗粒较多时, 由于溶剂空间较大, 煤浆流动性好, 煤浆表观黏度下降,但粒子重力会超过凝聚作用力, 使悬浮体系沉降, 稳定性变差. 细颗粒较多时, 颗粒在溶剂中的分散性增强, 粒子间相互作用力增大, 表观黏度升高, 但煤浆稳定性提高, 流动性变差。因此, 不同粒度的煤粉可以使大小颗粒互相填充, 制备出浓度高的煤浆。
②煤油比对煤浆黏度的影响：由于煤为多孔物质, 能够吸收一定量的溶剂进入煤颗粒间的微孔, 使得在颗粒间自由运动的液相分子减少, 溶剂的作用之一就是作为颗粒间的自由相, 充当煤颗粒之间的“润滑剂”, 溶剂量越少, 自由相的润滑作用就越差, 当溶剂量较少时, 油煤浆的黏度都较大。
③温度对煤浆黏度的影响
实验以元宝山煤制成煤含量为45%的煤浆为例，考察了温度为60℃, 70℃, 80℃和90℃时, 煤浆体系黏度随温度的数据(见表)。
温度(℃) 60 70 80 90
黏度(mpa.s) 930 730 630 380
由实验结果可知, 温度对煤浆黏度的影响很大, 温度升高时黏度降低。一般液体的黏度与温度的关系可近似用Arrhenius关系式表示: n=A.exp (E/RT ); 对上式两边取对数, 则有: lnn= lnA+E/RT。对实验温度范围内的数据按“最小二乘法”进行线性回归, 回归方程为:y = 0.1478x + 4.4378;式中: y = lnn ，x= 1000/T. 线性相关性检验得到的相关系数接近于1, 表明近似呈线性关系(见图2.3)。 因此可得到, 在常压低温条件下, 煤浆的黏度随温度增加而降低。
图2.3 煤浆黏度与温度的关系
④溶胀对煤浆黏度的影响:煤与溶剂混合后，放置一段时间发生溶胀，煤浆体系的黏度比溶胀前增大, 这主要是由于溶胀作用使煤颗粒粒径增大, 固相颗粒在煤浆中的体积浓度增大, 随之造成黏度的增加。
综上所述：在选定合适的煤粉颗粒度，煤油比的前提下，所调配的煤浆在经过熟化工艺让其充分溶胀，最终得到具有良好流动性和稳定性的煤油浆。
三、反应阶段
本文以元宝山煤种所制煤浆为例，进行实验，数据分析如下：
3.1温度对加氢液化反应的影响
在初始压力8.0Mpa，相同的煤含量为50%物料，氢油比为9.96(100g/g),反应时间为2min，改变反应温度350℃，380℃，400℃，420℃和450℃，反应温度对液化效果的影响见图3.1 。由图3.1可知，随着反应温度的升高，转化率是一直增加，但到450℃转化率趋于平稳，出油率是先增加后降低，而气产率一直在增大，且幅度越来越大。这就说明了煤随着温度的升高，逐渐解聚、溶解、加氢转化，转化率和出油率同时增加，当温度在420℃-450℃时，煤的转化率和出油率达到最高，并于达到最高点后在较小的高温区间持平。温度在升高，分解反应超过加氢反应，缩聚反应也随之加强，则会引起焦化，气产率升高，出油率下降。
图3.1不同反应温度对加氢液化反应的影响
3.2氢油比对加氢液化反应的影响
在工业生产上，氢油比往往体现在氢气的压力上，在物料一定时，氢压越高，反应速率越高，效果越好，但是，对高压设备的投资、能量消耗和氢耗量都要增加，产品成本相应提高，所以应根据原料煤性质、催化剂活性和操作温度，选择合适的氢压。
3.3时间对加氢液化反应的影响
在初始压力8.0Mpa，相同的煤含量为50%物料，温度为450℃,氢油比为9.96(100g/g)，改变反应时间分别为10,15,30,45和60分钟。反应时间对反应效果影响如图3.3。随着反应时间的延长，转化率缓慢增加，出油率先增加后略微下降，最高点为30min，气体产率开始减少，随反应时间的延长，后来增加很快，同时氢耗量也随之增加。
图3.3不同反应时间对加氢液化反应的影响
从生产的角度出发，一般要求反应时间越短越好，因为反应时间短意味着空速高、处理量高，不过合适的反应时间与煤种、催化剂、反应温度、压力、溶剂以及对产品的质量要求等因素有关，应通过实际情况而定。
3.4催化剂的加氢液化反应的影响
催化剂的组成，催化方式每个细微的改变都会对反应结果带来直接影响，这里不做详述。
结论：
煤直接液化是一个复杂的过程，每一个操作步骤都会影响最终的反应结果，因此还需要更为细致的研究和发现，在浆体稳定性和催化剂上还需要进一步突破，从而为实现工业化奠定扎实的基础，并创造出巨大的经济价值。
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