中国西部五种典型煤的热解及催化加氢热解行为热重研究

摘要

煤不仅是一种能源，更是一种宝贵的化工原料。通过煤的热解可获得高热值煤气、高附加值化学品及洁净的半焦。本研究以提高最终失重率和降低热解温度为目标，利用程序升温热重法采用30℃/min的升温速率研究了100～900℃温度范围内神府、铜川、新疆、霍林河、云南五种煤在氮气、活性气氛(90％N2+10％H2，v01％)以及三种催化剂(MoS2、NiS、ZnCl2)在不同添加量(0.5％、1.0％、2.0％、5.0％、10.0％)下的热解行为，最后对所有热解过程进行了动力学计算。得出的主要研究结果如下： 1.氮气热解条件下，煤的挥发分与热解终温时的失重率存在线性关系。煤样在活泼热解阶段时的活化能随煤样中炭含量的降低而降低。 2.在本研究的热解条件下，所有煤的热解失重过程可大致分为三个阶段，其中神府、铜川及新疆煤在活泼热解阶段及二次脱气阶段均有较明显的失重现象，而云南、霍林河两种煤仅在温度较低阶段(<600℃)出现较大失重峰，在二次脱气阶段内无明显失重峰出现。另外，催化剂及氢气的存在对各煤的总体热解趋势影响不大。 3.同纯氮气气氛下的热解相比，氢气的存在对铜川、新疆、霍林河、云南煤样的热解无论在最终失重率还是在降低热解温度方面都有不同程度的促进作用。 4.NiS催化剂和MoS2催化剂加快了除云南煤以外其余四种煤活泼热解阶段的最大转化速率，并且就最终失重率而言，MoS2催化剂的催化效果优于NiS催化剂。 5.ZnCl2催化剂的添加能明显降低所有煤样的二次热解转化温度，并且随着掺杂量的增大，这种提前愈加明显。但是ZnCl2催化剂在掺杂量过高的情况下反而会使热解失重率降低。 6.对于云南煤这种高挥发分、高灰分含量的煤样来讲，催化剂的添加没有对它的热解造成明显影响。 7.神府煤样在添加0.5％NiS与0.5％ZnCl2混合催化剂后能明显提高煤样的最终失重率和降低热解温度。对于添加了0.5％MOS2与0.5％ZnCl2混合催化剂后的神府煤而言，催化剂的添加只降低了热解温度。 8.对于不同煤最终热解失重率的促进效果而言，MOS2，NiS和ZnCl2催化剂均存在一个最佳的添加量。. 9.采用单一反应模型对煤的热解按不同阶段进行动力学计算，根据煤种采用不同的反应级数，经拟合发现数据有较高的线性关系，这说明所选模型是合适的。经计算所得动力学参数与前面的实验结果能很好的吻合，进一步从理论上证明了实验所用催化剂在促进煤热解方面的有效性。

目录

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第一章综述及选题

1.1煤热解研究的背景

1.1.1煤炭在我国能源中的地位

1.1.2我国的煤炭利用现状

1.1.3我国煤炭利用发展趋势

1.2煤热解及煤热解研究的意义

1.3煤的结构

1.3.1煤的化学结构模型

1.3.2煤的物理结构模型

1.4煤热分解的分类

1.5煤热分解的过程

1.6煤热分解的机理

1.7煤热分解的影响因素

1.7.1煤自身的性质

1.7.2温度和升温速率的影响

1.7.3气氛和压力的影响

1.7.4其它因素

1.8国内外煤热解研究进展

1.9研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2.1煤样选取及制备

2.2催化剂制备

2.2.1 NiS催化剂的制备

2.2.2 MoS2催化剂的制备

2.2.3 ZnCl2催化剂的制备

2.3催化剂的担载方式

2.4热解实验

2.4.1热解设备

2.4.2热解条件

2.5煤失重率的计算

2.5.1无催化剂存在下的失重率计算

2.5.2有催化剂存在下的失重率计算

参考文献

第三章 气氛对煤热解的影响

3.1气氛对神府煤热解的影响

3.1.1 N2气氛下的神府煤热解

3.1.2 H2存在下神府煤的热解

3.2气氛对铜川煤热解的影响

3.2.1 N2气氛下铜川煤的热解

3.2.2 H2存在下铜川煤的热解

3.3气氛对新疆煤热解的影响

3.3.1N2气氛下新疆煤的热解

3.3.2H2存在下新疆煤的热解

3.4气氛对霍林河煤热解的影响

3.4.1 N2气氛下霍林河煤的热解

3.4.2 H2气氛下霍林河煤热解

3.5气氛对云南煤热解的影响

3.5.1 N2气氛下云南煤的热解

3.5.2 H2气氛下云南煤热解

3.6氮气热解时挥发分与最终失重率的关系

3.7本章小结

参考文献

第四章 煤的催化加氢热解

4.1催化剂的热稳定性及对煤热解结果的影响

4.1.1 NiS催化剂的热稳定性

4.1.2 MoS2催化剂的热稳定性

4.1.3 ZnCl2催化剂的热稳定性

4.1.4实验选用催化剂对煤热解结果的的影响

4.2神府煤的催化加氢热解

4.2.1神府煤的MoS2催化加氢热分解

4.2.2神府煤的NiS催化加氢热分解

4.2.3神府煤的ZnCl2催化加氢热分解

4.2.4催化剂对神府煤热解的催化效果

4.3铜川煤的催化加氢热分解

4.3.1铜川煤的MoS2催化加氢热分解

4.3.2铜川煤的NiS催化加氢热分解

4.3.3铜川煤的ZnCl2催化加氢热分解

4.3.4催化剂对铜川煤热解的催化效果

4.4新疆的煤催化加氢热分解

4.4.1新疆煤的MoS2催化加氢热分解

4.4.2新疆煤的NiS催化加氢热分解

4.4.3新疆煤的ZnCl2催化加氢热分解

4.4.4催化剂对新疆煤热解的催化效果

4.5霍林河煤的催化加氢热分解

4.5.1霍林河煤的MoS2催化加氢热分解

4.5.2霍林河煤的NiS催化加氢热分解

4.5.3霍林河煤的ZnCl2催化加氢热分解

4.5.4催化剂对霍林河煤热解的催化效果

4.6云南煤的催化加氢热分解

4.6.1云南煤的MoS2催化加氢热分解

4.6.2云南煤的NiS催化加氢热分解

4.6.3云南煤的ZnCl2催化加氢热分解

4.6.4催化剂对云南煤热解的催化效果

4.7混合催化剂对神府煤热解的影响

4.8本章小结

参考文献

第五章 煤热解动力学

5.1动力学模型

5.2热解动力学参数

5.2.1神府煤的热解动力学参数

5.2.2铜川煤的热解动力学参数

5.2.3新疆煤的热解动力学参数

5.2.4霍林河煤的热解动力学参数

5.2.5云南煤的热解动力学参数

5.3活化能E与指前因子ko间的补偿效应

5.4本章小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1主要结论

6.2后续工作设想

致谢

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