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煤炭直接液化是将煤在氢气、催化剂和溶剂作用下,通过加氢裂化转变为液体燃料的过程,是将煤炭转化成液体产品的洁净煤技术,也是煤炭转化的高技术产业。提高煤的液化反应活性、缓和液化反应条件,提高油收率和油品质量已成为当今煤直接液化研究领域的热点。本文以艾丁褐煤为研究对象,以微型高压釜为主要研究手段,对艾丁褐煤温和液化反应动力学进行了研究。 通过微型高压釜考察了反应温度、氢初压、催化剂添加量、溶剂量等工艺条件对艾丁褐煤液化产物分布的影响。实验结果表明:艾丁褐煤的主要失重区间在300~600℃之间,最大失重速率在430℃;反应温度和溶剂量对艾丁褐煤液化的影响较大,反应温度、氢初压、催化剂添加量和溶剂量的提高有利于油产率和转化率的增加,其中氢初压的影响相对较小;反应温度、催化剂添加量和溶剂量的提高有利于酚产率的增加,氢初压的提高对酚产率影响很小。反应温度、催化剂添加量的提高有利于低级酚产率的增加,溶剂量和氢初压的提高则抑制低级酚的生成;CO2和CH4是气体产物中最主要的组分,温度的提高有利于CH4的生成。 在艾丁褐煤液化实验的基础上,建立了褐煤温和液化反应动力学模型,该模型中,将煤分为反应组分M1、仅生成CO2气体的反应组分M2和不反应组分Mc三部分,并通过origin软件回归出各反应速率常数及相应的活化能和指前因子。结果表明,煤中的反应组分M1转化为各产物的反应速率顺序为油>沥青组分》酚>气体;反应组分M1主要转化为油和沥青组分,反应组分M1是直接转化成油和酚的主要来源,沥青组分向油的转化速率是油产率增加的速率控制步骤,沥青组分向酚的转化速率是酚产率增加的速率控制步骤,实行分级加氢液化更有利于控制和提高油产率和酚产率;褐煤中的仅生成CO2的组分M2在一定温度条件下,短时间即可转化为CO2,并转化完全;液化反应中反应组分(M1)向气体(Gas)转化,以及沥青组分(PAA)向酚(Phe)转化的反应速率对温度较敏感。通过液化产物的1H-NMR表征和元素分析等进一步从产物结构的角度探讨所建立的动力学模型的合理性。最后根据研究结论提出了改进的煤液化工艺流程。