煤基高能量密度燃料的合成及表征

高能量密度燃料是为新型高性能飞行器提供动力保障的关键,其合成及应用研究具有重要的前瞻性和重大战略意义。煤炭是我国的主体能源和重要原料,通过煤直接转化获取的煤基油,充分保留了煤中特有的环状分子化学结构,具有良好的热安定性和较高的能量密度,被认为是高超音速飞行器的优选燃料。以煤直接液化工艺生产的煤液化石脑油馏分为起始原料,通过富集轻质芳烃、化学合成、催化加氢稳定和产物分离提纯等方法制备煤基高能量密度燃料,并对其产物进行分子结构表征和性能评价。结果表明,煤直接液化生产的石脑油馏分是一种优异的催化重整原料,经催化重整富集轻质芳烃后,其轻质芳烃质量分数高达71.05%。Diels-Alder化学合成主产物是由多个封闭环平面组成且具有空间立体构型的二环或三环烃类物质,质量分数为46.18%,因分子内存在较大的张力能,结构紧凑,其拥有更大的密度和体积热值。煤基高能量密度燃料的密度和体积热值分别为0.8990 g/cm3与38.06 MJ/L,均大大超过现行的国内石油基喷气燃料(RP-3和RP-6)、煤基大比重喷气燃料、美国和俄罗斯军用标准。与单一纯物质合成高能量密度燃料(JP-10和T-10)比较,其密度与体积热值偏小。究其原因主要是轻质芳烃的富集度仅为71.05%,需进一步提高其轻质芳烃质量分数。另外,制备的煤基高能量密度燃料种类复杂,其主产物质量分数仅46.18%,下一步可重点调控合成产物的分子构型和纯化分离。     

艾丁褐煤SO_4~(2-)/Fe_2O_3温和催化液化动力学研究

为了研究艾丁褐煤液化反应动力学,通过对煤液化产物进行分级处理,得到SO2-4/Fe2O3催化艾丁褐煤温和液化动力学模型,通过origin软件回归出各反应速率常数及相应的表观活化能和指前因子,最后对褐煤温和液化分级反应工艺提出初步设想。结果表明,模型能够较好地模拟动力学试验结果;液化反应中沥青质向酚转化的活化能为267.62 k J/mol,该过程对温度较敏感;反应组分的主要转化为油和沥青质,分别占48%和37%;随反应时间的延长,由沥青质转化得到的油和酚的量逐渐增加,由反应组分转化得到的油和酚的量先增加后趋于恒定,在一定时间内,反应组分是直接转化成油和酚的主要来源;沥青质向油的转化是油增加的速率控制步骤,沥青质向酚的转化是酚增加的速率控制步骤,在煤液化工艺流程中,实行分级加氢液化有利于控制、提高油和酚产率。     

煤基液体产物中酚类化合物的组成研究

以5种不同煤加工转化过程得到的液体产物煤衍生油为原料,研究了其中酚类化合物的组成与分布特征。首先将不同煤衍生油蒸馏切取富含酚170～210 ℃酚油馏分,采用酸碱抽提法提取其富集酚类组分,其次对富集酚类组分进行硅醚衍生化预处理,最后利用GC/MS详细分析了酚油馏分中酚类化合物的组成与分布。结果表明:不同煤衍生油的酚油馏分中酚类化合物主要由烷基苯酚、茚满醇、苯二酚3种类型组成,其中烷基苯酚均占90%以上。4号CDO其酚类类型包括烷基苯酚、茚满醇、苯二酚3部分,其中烷基苯酚占92.4%。低级酚占全部酚类的86.1%,高级酚占13.9%;2号CDO其酚类类型由烷基苯酚、苯二酚2部分组成,其中烷基苯酚占99.89%。低级酚占全部酚类的99.5%,高级酚仅占0.5%;1号CDO和3号CDO其酚类类型只包含烷基苯酚类,高温炼焦产生的1号CDO全部以低级酚为主。3号CDO低级酚占全部酚类的98.4%,高级酚占1.6%;5号CDO其酚类类型包括烷基苯酚、茚满醇2部分,其中烷基苯酚占94.8%。低级酚占全部酚类的91.6%,高级酚含量占8.4%。因此,应足够重视不同煤衍生油中低级酚的提取利用。     

新疆淖毛湖煤加氢液化特性及液化产物中氢的分布规律

以新疆淖毛湖煤和四氢萘为原料,在2L高压釜中进行加氢液化实验,开展新疆淖毛湖煤直接液化过程调控研究,考查了温度、压力、时间及催化剂对氢耗、气产率、转化率、油产率和沥青类物质产率的影响规律,探讨了复杂多相体系液化产物中氢的分布规律,揭示了煤直接加氢液化反应与氢分布规律的内在联系.结果表明:在420℃,15MPa和60min的反应条件下,淖毛湖煤的转化率为94%,油产率为65%,是适宜直接液化的优良煤种;氢较均匀地分布在淖毛湖煤加氢液化的轻质产物(水、150℃馏分油、150℃～260℃馏分油和260℃～350℃馏分油)中,在350℃重质馏分油中分布最高,接近30%;氢在液化产物中的分布与加氢液化反应效果呈现出正相关特征.     

催化裂化油浆用作煤油共炼溶剂的流变性研究

为解决油煤浆输送过程中的沉积和阻力过大等问题,在常压低温条件下,分析了溶剂性质、煤颗粒粒度、催化剂和助催化剂、溶胀、剪切速率、煤浆浓度、配制时间和温度等条件对油煤浆黏度的影响规律。结果表明,在相同条件下,油煤浆黏度随溶剂黏度的增大而增大,随煤颗粒粒度的增加而减小,随催化剂和助催化剂的添加而增加,随煤浆浓度升高而增加。当油煤浆的浓度大于30%时,表观黏度随剪切速率的增大而降低,表现出剪切稀化。煤颗粒在溶剂中溶胀后,使得煤颗粒在煤浆中的体积浓度增大,黏度变大。温度对油煤浆黏度影响较大,黏度随温度的升高而降低,在常压低温条件下,黏度随温度变化呈现一定的定量关系。     

一起由接地网引起的电容式电压互感器故障分析

针对保护装置发信号后出现电容式电压互感器二次侧无电压输出的故障情况,对故障设备进行试验及解体,发现电容器尾端保护间隙铜球及电磁单元一次引线弯折处有明显放电痕迹;氧化锌避雷器被击穿;一次对二次的绝缘降低。用绝缘材料对绝缘损伤进行包扎并固牢,更换氧化锌避雷器。电磁单元在感应耐压过程中无击穿闪络现象,耐压前后的绝缘电阻无任何异常,试验合格。故障分析表明:电容式电压互感器接地网的损坏在电磁单元产生过电压,导致故障发生。针对引起故障的原因提出了相应的防范措施。     

煤直接液化制油技术研究现状及展望

煤直接液化制油技术是促进煤炭清洁高效利用、缓解石油供需矛盾、保障我国能源安全的重要途径。为全面了解煤液化反应机理、动力学、催化剂及工艺的全过程,促进煤直接液化技术基础研究的快速进步和新工艺的开发,笔者综述了国内外在煤加氢液化反应机理、反应动力学、催化剂以及液化工艺方面取得的研究成果,重点介绍了德国IGOR、日本NEDOL和我国的神华煤液化工艺,分析了这些典型煤液化工艺的开发历程和特点;指明了煤直接液化制油技术发展趋势。煤的加氢液化反应是自由基反应机理,是一系列顺序反应和平行反应的综合结果,包含煤的热解、自由基加氢、脱杂原子和缩合反应等,总体上以顺序反应为主。借助同位素示踪、原位实时检测、等离子体技术以及微波快速加热技术等现代分析方法和试验手段,重点研究自由基的产生速率、活性氢产生速率及定量传递机理,有助于深入认识和精准阐明煤加氢液化反应机理。各国学者利用不同的研究方法,针对不同煤种、催化剂、工艺条件和供氢溶剂等,建立了各种各样的动力学模型。动力学模型从单组分到双组分和多组分,从连续反应、平行反应到复杂的网络反应,从最初的一步反应到后来较为合理的多段反应,模型越来越复杂,越来越接近工业应用。根据反应阶段不同进行分段处理的多组分"集总"反应动力学模型将是今后煤加氢液化反应动力学发展的主要方向。借助先进分析手段及科学的处理方法,建立真正揭示不同条件下煤液化动力学规律的通用型动力学模型是未来的发展趋势。借助纳米合成、等离子体等高新技术,调控组分配伍、降低催化剂粒径、优化制备方法是制备高活性催化剂的有效手段。强化系统合理配置和优化集成,重视煤的温和液化和分级转化,优化产品结构,发展直接液化-间接液化耦合技术是煤直接液化未来的发展趋势。     

中低温煤焦油化学组成及结构的分子水平表征

以内蒙褐煤提质装置生产的中低温煤焦油为原料,研究建立了中低温煤焦油自身结构-组成-性质的分子水平表征方法,从宏观水平描述了中低温煤焦油的物理化学性质,在分子层次上详细研究了中低温煤焦油及其不同馏程、不同性质亚组分的化学组成。首先将中低温煤焦油全馏分进行实沸点蒸馏分离为16个窄馏分并进行性质分析,其次对180℃重质馏分通过酸碱萃取分离出酸性组分、碱性组分和中性组分,并且中性组分在萃取色谱装置上分离获取6个特征亚组分;利用GC/MS分析了其全馏分、窄馏分及各亚组分的分子结构特征。结果表明,该煤焦油全馏分的水含量为28%,20℃时密度1 003.7 kg/m~3,氧含量为7.4%,180℃馏分含量为14.24%,360℃馏分含量为63.4%,属一种典型的中低温煤焦油。中低温煤焦油的180℃轻质馏分的分子组成以苯、甲苯和二甲苯为主,含有部分小分子烷烃和烯烃。在 180℃重质馏分中,其酸性组分占27.6%,碱性组分占2.46%,中性组分占69.94%。中性组分中饱和分为33.60%,芳香分为38.70%,胶质占为25.10%,沥青质为2.60%。且中间馏分和重质馏分中含有大量酚类化合物,其分子结构类型以芳烃为主,同时存在长链正构烷烃。中低温煤焦油中含有大量含氧化合物,主要是酚类化合物,以烷基苯酚类为主,在160～280℃相对丰度较高,少部分以酮类化合物存在。