【摘要】：長期以來,煤的熱解工藝被眾多研究者看做是除煤的氣化和液化以外最有效的煤轉(zhuǎn)化方式,在熱解過程中添加催化劑可以降低煤的熱解溫度,提高熱解效率。因此,本文制備并表征了6種負(fù)載型金屬氧化物催化劑,并研究了其對新疆大南湖、陜西黃陵和黑龍江鶴崗3個(gè)地區(qū)的低階煙煤熱解過程和熱解產(chǎn)物的影響。主要工作如下:(1)以γ-Al2O3和金屬硝酸鹽為原料制備了6種負(fù)載型金屬氧化物催化劑MgO/γ-Al2O3、CaO/γ-Al2O3、Fe2O3/γ-Al2O3、Co2O3/γ-Al2O3、NiO/γ-Al2O3和ZnO/γ-Al2O3,通過對制備的催化劑進(jìn)行比表面積、能譜掃描電鏡和X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)6種催化劑的催化活性與活性位上的金屬氧化物性質(zhì)有關(guān)。(2)利用熱重分析法研究了升溫速率10℃·min-1、15℃·min-1、20℃·min-1,催化劑MgO/γ-Al2O3、CaO/γ-Al2O3、Fe2O3/γ-Al2O3、Co2O3/γ-Al2O3、NiO/γ-Al2O3、ZnO/γ-Al2O3和添加量5 wt.%、8 wt.%、10 wt.%對3種煤熱解過程的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種煤的熱解過程大體分為3個(gè)階段:第一階段(干燥脫氣階段)、第二階段(活潑分解階段)和第三階段(二次脫氣階段),其中熱解第二階段為煤熱解的主要失重階段。根據(jù)熱解的失重程度得到了南湖煤、黃陵煤和鶴崗煤的最佳熱解升溫速率依次為:10℃·min-1、20℃·min-1和15℃·min-1。6種催化劑在添加量為8 wt.%時(shí)都可以使南湖、黃陵和鶴崗煤的熱解主要失重峰變寬,失重率升高且由大到小分別為:南湖煤,Fe2O3/γ-Al2O3Co2O3/γ-Al2O3CaO/γ-Al2O3NiO/γ-Al2O3MgO/γ-Al2O3ZnO/γ-Al2O3,失重率最大提高10.05 wt.%;黃陵煤,Fe2O3/γ-Al2O3Co2O3/γ-Al2O3NiO/γ-Al2O3CaO/γ-Al2O3MgO/γ-Al2O3=ZnO/γ-Al2O3,失重率最大提高6.94 wt.%;鶴崗煤,Fe2O3/γ-Al2O3Co2O3/γ-Al2O3NiO/γ-Al2O3=CaO/γ-Al2O3MgO/γ-Al2O3ZnO/γ-Al2O3,失重率最大提高4.03 wt.%。同時(shí)催化劑的添加量與煤樣失重率之間存在最佳配比關(guān)系。(3)采用Coats-Redlfem積分式計(jì)算了3種煤樣催化熱解的動(dòng)力學(xué)參數(shù):活化能E和指前因子A。一般來說,降低幅度越大,代表催化劑的催化效果越好。由計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加催化劑后3種煤樣在熱解第二和第三階段的活化能E均有所降低,其中添加8 wt.%Fe2O3/γ-Al2O3后南湖煤在這兩個(gè)階段的熱解活化能降幅最大,為7.55 kJ?mol-1和51.33 kJ?mol-1;黃陵煤催化熱解的第二和第三階段的活化能最多降低13.11 kJ?mol-1和24.22 kJ?mol-1,分別為添加8 wt.%Fe2O3/γ-Al2O3和8 wt.%NiO/γ-Al2O3時(shí);鶴崗煤添加5 wt.%Co2O3/γ-Al2O3后這兩個(gè)熱解階段的活化能降幅最大,為9.62 kJ?mol-1和9.37kJ?mol-1。同時(shí),活化能E與指前因子A之間存在補(bǔ)償效應(yīng)。這些變化與煤樣催化熱解熱重分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)論吻合,更好的解釋了6種催化劑對3種煤樣失重率的影響。(4)利用常壓管式反應(yīng)爐與氣相色譜儀聯(lián)用裝置對南湖煤催化熱解氣體產(chǎn)物進(jìn)行了研究。結(jié)果表明6種催化劑都提高了H2和C2-C4烴類氣體的產(chǎn)量,而CH4和CO的產(chǎn)量降低,其中對H2的催化效果依次為:Fe2O3/γ-Al2O3CaO/γ-Al2O3Co2O3/γ-Al2O3NiO/γ-Al2O3MgO/γ-Al2O3ZnO/γ-Al2O3。通過對南湖煤在不同催化劑添加時(shí)熱解固體和液體產(chǎn)物產(chǎn)量的對比發(fā)現(xiàn),CaO/γ-Al2O3可降低液體產(chǎn)物產(chǎn)量而提高半焦產(chǎn)物的產(chǎn)量,表明其是有效的焦油縮聚催化劑。另外5種催化劑則對固體和液體產(chǎn)物不僅沒有表現(xiàn)出選擇性,甚至還會(huì)一定程度的降低兩種產(chǎn)物的產(chǎn)量。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ530.2

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本文編號：2647533