負載金屬催化劑應(yīng)用于甲烷氣氛下煤直接液化及模型化合物熱解的研究.pdf

1、我國煤炭資源相對豐富，發(fā)展煤直接液化技術(shù)對于減少石油進口，維護國家能源安全具有重大的戰(zhàn)略意義。但煤直接液化過程主要是在氫氣氣氛下進行的，制氫成本占到總成本的三分之一甚至一半左右，若能利用相對廉價的甲烷代替氫氣進行煤的直接液化，則能夠極大地降低煤直接液化的生產(chǎn)成本，提高煤直接液化的經(jīng)濟性。
　　本文以Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O、鉬酸銨、RuCl3.xH2O為金屬前驅(qū)體，兩種微孔

2、分子篩SAPO-11、SAPO-34和兩種介孔分子篩MCM-41、SBA-15為載體，采用等體積浸漬法制備負載金屬催化劑，考察了催化劑應(yīng)用于甲烷氣氛下煤的直接液化過程，對工藝條件進行優(yōu)化，并考察了模型化合物在甲烷氣氛下的熱解，得到以下主要結(jié)論:
　　(1)在甲基萘和四氫萘體積比3∶1的混合溶劑下，制備的負載金屬催化劑中Ni/SAPO-34的催化活性最好，油氣產(chǎn)率達到32.1％，是無催化劑下油氣產(chǎn)率的2倍，總轉(zhuǎn)化率達到37.4％，比

3、無催化劑下增加了16％?？偟膩碚f以微孔分子篩SAPO-34為載體制得的催化劑效果最好，SAPO-11的效果較差，以介孔分子篩MCM-41為載體制得的催化劑效果較好，SBA-15為載體效果較差;五種負載金屬催化劑中鎳基催化劑效果最好，鐵基催化劑效果最差;同一種金屬負載在不同載體上制得的催化劑在載體催化效果的排列順序上并不完全一致，相同載體負載不同金屬制得的催化劑在金屬催化效果的排列順序上也不完全相同。
　　(2)通過XRD、氮物理吸

4、附、NH3-TPD、H2-TPR等對Ni/SAPO-11、Ni/SAPO-34、Ni/MCM-41、Ni/SBA-15催化劑進行了表征分析，表明催化劑較大的比表面積、適宜的孔容積及孔徑分布、金屬與載體之間較弱的作用有利于增強催化劑的活性。
　　(3)以Ni/SAPO-34為催化劑優(yōu)化了煤直接液化工藝條件，表明溶煤質(zhì)量比2∶1、初始冷壓7.0MPa、反應(yīng)溫度450℃、反應(yīng)1h時煤的轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率達到最高。在最佳工藝條件下比較了氫氣和

5、甲烷氣氛下的煤直接液化效果，發(fā)現(xiàn)甲烷氣氛下煤直接液化效果不低于氫氣氣氛下的液化效果。
　　(4)以Ni/SAPO-34為催化劑，對煤的模型化合物在甲烷氣氛下的熱解研究發(fā)現(xiàn)催化劑能夠選擇性地促進C芳-C烷及CH2-CH2鍵的斷裂，對脫氫反應(yīng)有一定的抑制作用，能促進活性氫向裂解自由基轉(zhuǎn)移，使自由基加氫穩(wěn)定;甲烷氣氛下模型化合物的熱解效果要優(yōu)于氮氣，溫度是影響模型化合物熱解的主要因素，溫度升高大大地促進了熱解反應(yīng)的發(fā)生;加入溶劑抑制了1