类煤模型化合物在铁基催化剂作用下的热解研究

摘要

煤的热解是煤炭转化工艺的重要过程，而催化剂可以调控煤的热解产物；铁基催化剂是一类重要的热解和液化的催化剂，因而研究这些催化剂在煤热解过程中的催化热解机理具有重要意义。本文在固定床上研究了几种类煤结构模型化合物在铁基催化剂作用下的热解行为，通过不同条件下热解产物分布的比较，提出了这些模型化合物在不同铁基催化剂作用下可能的催化热解路径。通过对部分模型化合物中弱键断裂过程进行理论计算以及在热解过程中加入供氢溶剂，对催化剂的作用机理进行了进一步的研究，从而为真实煤的催化热解提供了参考。本文的主要研究内容包括： （1）选取可以代表煤中弱键结构的苯基醚类模型化合物（苯甲醚、苯乙醚和苯基苄基醚）和二芳基烷烃类模型化合物（联苄），在不同热解温度下研究了他们在黄铁矿（pyrite）作用下的热解规律。实验结果表明黄铁矿的加入，可以提高各模型化合物的热解转化率，气体和液体收率，减少残焦。由于各模型化合物的结构不同，黄铁矿对于其作用效果存在差异性；弱键结构本身的解离能较低且与黄铁矿的吸附作用较大的模型化合物，例如苯基苄基醚，黄铁矿对于其作用效果较好。对于同一模型化合物，黄铁矿在不同热解温度下对其的作用效果也有不同。为了进一步探究黄铁矿的作用效果，选择模型化合物苯基苄基醚和联苄，使用原子尺度材料模拟的计算机程序包（VASP）计算了他们结构中部分弱键在黄铁矿作用下的解离能，计算结果与试验结果相符。在联苄热解过程中进一步加入供氢溶剂四氢萘，热解结果表明联苄热解过程中产生的初始热解自由基可以与四氢萘发生氢抽提反应，及时稳定这些自由基；同时加入四氢萘和黄铁矿时，发现他们在联苄热解过程中存在着协同作用，可以进一步提高联苄的热解转化率。 （2）制备了不同负载量的铁基催化剂Fe/ZSM-5，选择苯乙醚和联苄作为模型化合物，研究了它们在Fe/ZSM-5作用下的热解，并与在黄铁矿作用下的热解结果进行比较。结果表明Fe/ZSM-5也可以提高模型化合物的热解转化率，提高气体和液体收率，同时减少残焦，且作用效果优于黄铁矿。当Fe的负载量为7.5%时，催化效果最好，苯乙醚的转化率达到45.6%，联苄的转化率达到35.3%；与黄铁矿不同，Fe/ZS M-5可以明显促进苯乙醚中Caliphatic–O键断裂和联苄中Caryl–Caliphatic键的断裂，对模型化合物热解产物有明显的选择性。对于苯乙醚，Fe/ZSM-5中载体分子筛主要起催化作用；而对于联苄，负载金属Fe在热解过程中起主要催化作用。

目录

引言

1 绪论

1 .1 煤的热解

1.1.1 煤的结构

1.1.2 煤的热解机理

1.1.3 煤热解过程的研究现状

1.1.4 供氢溶剂与煤热解中的氢转移

1 .2 类煤结构模型化合物的热解

1 .3 煤热解催化剂

1 .4 量子化学

1 .5 选题依据及研究内容

2 实验部分

2 .1 实验原料

2 .2 实验步骤

2 .3 分析测试设备

2 .4 数据分析方法

3 .1 引言

3 .2 苯基醚类模型化合物在p yri te作用下的催化热解

3.2.1 苯甲醚热解

3.2.2 苯乙醚热解

3.2.3 苯基苄基醚热解

3 .3 二芳基烷烃类模型化合物在pyr ite作用下的催化热解

3.3.1 联苄的热解

3 .4 模型化合物在pyr ite和四氢萘作用下的共热解

3 .5 小结

4 模型化合物在F e/ZSM-5作用下的催化热解研究

4 .1 苯基醚类模型化合物在F e/Z SM-5作用下的催化热解

4 .2 二芳基烷烃类模型化合物在Fe/ZSM-5作用下的催化热解

4 .3 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢