煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）

逗爷 2023-07-17 08:09:49 944

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）单位赵云鹏1 2，吴法鹏1，司兴刚1，赵薇1，高寒冰1，康国俊3，曹景沛1，魏贤勇1（2）总结了铁基催化剂、过渡金属催化剂、酸催化剂和固体超强碱催化剂在低阶煤催化加氢转化中的催化作用和氢转移机理。（3）指出了未来需进一步了解煤结构组成与反应性之间的关系，开发高效稳定且环境友好地催化加氢催化剂，定向破坏低阶煤的大分子结构，提高目标产物收率。作者

【能源人都在看，点击右上角加'关注'】

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）(1)

创

新点

（1）全面分析了反应条件（温度、溶剂、气氛和压力）与预处理方法（热预处理、溶胀预处理、萃取预处理以及水热预处理）对低阶煤催化加氢转化的影响。

（2）总结了铁基催化剂、过渡金属催化剂、酸催化剂和固体超强碱催化剂在低阶煤催化加氢转化中的催化作用和氢转移机理。

（3）指出了未来需进一步了解煤结构组成与反应性之间的关系，开发高效稳定且环境友好地催化加氢催化剂，定向破坏低阶煤的大分子结构，提高目标产物收率。

作者

赵云鹏^{1 2}，吴法鹏¹，司兴刚¹，赵薇¹，高寒冰¹，康国俊³，曹景沛¹，魏贤勇¹

单位

1. 中国矿业大学江苏省碳资源精细化利用工程研究中心；2. 新疆大学新疆维吾尔自治区煤炭清洁转化与化工过程重点实验室；3. 中国矿业大学低碳能源研究院

研究背景

随着能源资源需求快速增长与石油以及优质煤资源短缺的矛盾日益突出以低阶煤为原料制备燃料和化学品引起了众多学者的关注。低阶煤主要指褐煤和次烟煤其储量丰富约占煤炭总量的47%。直接燃烧是低阶煤的主要利用方式长期以来大量低阶煤用于火力发电和工业锅炉燃料。然而低阶煤氧含量和灰分高直接燃烧热效率低而且燃烧过程中排放大量CO₂并产生烟尘、氮氧化物和硫氧化物严重污染环境。煤洁净高效转化是指除燃烧外的化学转化主要包括煤的液化、气化和热解根据原料的特性和产品需求可以选择合适的技术。

低阶煤因有机质缩合程度低富含桥键和侧链挥发分和氢碳原子比(H/C)高具有良好的液化性能。煤直接液化(DCL)是在400~500 ℃ 15~30MPa的H₂气氛下通过催化剂将H/C约为0.8的固体煤转化为H/C约为2的液体燃料的过程。DCL实质就是对煤进行催化加氢转化(CHC)生成液体小分子化合物包括催化加氢、裂解、加氢脱氮、加氢脱硫以及加氢脱氧等反应。尽管DCL已实现工业化如我国的神华液化工艺但DCL存在以下问题:①反应条件苛刻通常在高温高压条件下进行投资和运行成本高;②煤液化产品组成复杂附加值低;③低阶煤富含含氧官能团如醚键和酚羟基等在液化过程中易发生加氢脱氧反应和缩合交联反应增加氢耗并生成较多水;④催化剂活性较低供氢速率与煤有机质裂解速率不匹配导致产品重质化程度高;⑤煤直接液化会产生约占原煤质量20%~30%的液化残渣造成环境污染和资源浪费。因此在相对温和条件下对低阶煤进行CHC将其转化为燃料或化学品具有重要意义。

摘要

低阶煤有机质缩合程度低富含桥键和侧链氢碳原子比和挥发分高具有较高的化学反应性。催化加氢转化是从低阶煤中获取液体燃料和化学品的有效途径之一。然而低阶煤氧含量和水含量高在加氢转化过程中会增加氢耗和能耗不利于油类的生成且给产物分离带来困难。此外催化加氢转化通常在高温高压条件下进行产品组成复杂且重质化程度高导致成本高但收益低。

如何优化反应体系进而提高低阶煤转化率和液体产物收率是低阶煤催化加氢转化亟待解决的问题。催化剂是低阶煤催化加氢转化的核心发挥着活化氢气、促进加氢转化和脱除杂原子的作用直接决定反应体系苛刻程度和产物品质。

反应条件作为反应体系另一组成要素既可控制煤中共价键断裂速率及活性氢生成与转移又能抑制自由基发生缩聚反应进而影响催化剂性能和产物组成分布。此外预处理可以改变煤物理结构与化学活性从而影响低阶煤催化加氢转化特性。

综述了反应条件(温度、溶剂、气氛和压力)与预处理方法(热预处理、溶胀预处理、萃取预处理以及水热预处理)对低阶煤催化加氢转化或直接液化影响的研究进展以及主要的低阶煤加氢转化催化剂提出了下一步低阶煤加氢转化的研究方向。

部分图片

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）(2)

神华煤液化模型

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）(3)

不同温度、不同溶剂溶胀预处理对神华次烟煤液化的影响

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）(4)

模型化合物在负载型固体酸作用下可能的加氢转化路径

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）(5)

苄基苯基醚在Ni-Mg2Si/γ-Al2O3作用下可能的加氢转化路径

作者简介

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）(6)

赵云鹏，男，1981年6月，河南驻马店人，中共党员，中国矿业大学教授，博士生导师，中国化工学会工程热化学委员会青年委员，中组部第十批援疆干部。主持国家自然科学基金2项，参与多项国家自然科学基金重点项目和重大研发计划项目，第一作者或通讯作者发表学术论文40多篇，授权国家发明专利2项，出版专著1部，获中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖和三等奖各1项、江苏省科学技术奖三等奖1项、淮海科学技术奖二等奖1项。

研究方向

煤的结构与反应性、低阶煤和生物质的温和转化

主要成果

长期从事煤的结构和反应性、低阶煤和生物质的热解和液化研究，取得多项创新性成果，开发了中低阶煤有机质的逐级解离/解聚方法，合成了一系列中低阶煤及所得液体产物定向加氢的新型催化剂，基于质谱方法学深入分析了煤中有机质的组成和结构特征，相关研究成果发表在国内外主流能源类期刊上，为从分子水平上揭示煤的大分子结构特征和中低阶煤的高附加值转化提供了科学依据。

来源：

赵云鹏吴法鹏司兴刚等. 低阶煤催化加氢转化研究进展[J]. 煤炭学报 2021 46(4):1067-1079.

ZHAO Yunpeng WU Fapeng SI Xinggang et al. Advances in catalytic hydroconversion of low-rank coals[J]. Journal of China Coal Society 2021 46(4):1067-1079.

责任编辑：黄小雨

编辑整理：郭晓炜

审核：常琛

End

往期精彩

煤转甲醇工艺（煤加工与清洁专题）(7)