熱解氣催化活化促進煙煤熱解探討

姜喜義

（雙鴨山龍煤天泰煤化工有限公司，黑龍江雙鴨山 155100）

熱解氣催化活化促進煙煤熱解探討

姜喜義

（雙鴨山龍煤天泰煤化工有限公司，黑龍江雙鴨山 155100）

使用Fe/MgO、Co/MgO、Ni/MgO三種催化劑，在熱解氣條件下對煙煤熱解效果進行研究，得出以下結(jié)論：Fe/ MgO、Co/MgO、Ni/MgO三種催化劑可活化熱解氣的分解反應(yīng)，很好的提高焦油產(chǎn)率，尤其Ni/MgO在提高焦油產(chǎn)率上效果最為顯著，在550℃的熱解溫度下，達到了7.32%的焦油產(chǎn)油率。由此可知，熱解氣催化活化可很好的促進煙煤熱解，增加油產(chǎn)率的同時，促進焦油品質(zhì)的改善。

熱解氣；催化活化；煙煤；熱解

煙煤熱解是煤炭加工轉(zhuǎn)化中的重要工藝，對提高煤炭性質(zhì)及利用率具有重要意義。尤其近年來，社會發(fā)展迅速，對煤炭需求量不斷增加，對煤炭熱解產(chǎn)物品質(zhì)的要求越來越高，加強煙煤熱解方面的研究，確定最佳的熱解參數(shù)及條件，不斷改善熱解產(chǎn)物品質(zhì)，提高熱解產(chǎn)物利用價值，成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的熱點。

1 Fe/MgO下的煙煤熱解

使用Fe/MgO催化劑研究熱解氣條件下煙煤熱解效果，其中熱解氣流量400mL/min、熱解溫度500～650℃，得知，隨著溫度的不斷升高，獲得的焦油產(chǎn)率不斷增加，當溫度達到600℃時達到最大值，期間半焦收率逐漸減小。在500℃溫度條件下，焦油產(chǎn)率變化并不明顯，而在550～600℃溫度下，與直接利用熱解氣熱解相比，使用Fe/MgO催化劑的焦油產(chǎn)率較高。不過當溫度為650℃時，使用Fe/MgO催化劑得到的焦油產(chǎn)率為3.88%，而熱解氣直接熱解得到4.46%的焦油產(chǎn)率，使用催化劑得到的焦油產(chǎn)率反而低于直接熱解的焦油產(chǎn)率。表明當溫度適宜時Fe/MgO催化劑導(dǎo)致熱解氣中CH4、CO、H2等氣體解離為小的自由基，一定程度上阻礙了縮聚反應(yīng)的進行，促進焦油產(chǎn)率的增加。當溫度達到650℃時得到的焦油產(chǎn)率反而降低，原因可能在于受Fe/MgO催化劑影響生成的焦油發(fā)生裂解反應(yīng)，產(chǎn)生氣態(tài)烴，導(dǎo)致焦油產(chǎn)率的減小。

另外，在500～650℃溫度范圍內(nèi)，瀝青質(zhì)呈現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象，而輕油的變化更好與瀝青質(zhì)的相反。與同一溫度條件下熱解氣直接熱解相比，輕油含有的比例降低，而重油比例增加，可知Fe/MgO催化劑促進輕油裂解，產(chǎn)生了小分子的氣體物質(zhì)，導(dǎo)致輕油所占比例的降低，盡管焦油產(chǎn)率有所提高，但對焦油品質(zhì)的改善并不明顯。

2 Co/MgO下的煙煤熱解

400mL/min熱解氣流量、500～650℃溫度條件下，對Co/MgO催化劑給煤熱解造成的影響進行探討。結(jié)果得知，隨著溫度的逐漸升高，焦油產(chǎn)率呈現(xiàn)增大趨勢，僅在500℃溫度下產(chǎn)油率較熱解氣直接熱解下的焦油產(chǎn)率，其他溫度條件下獲得的焦油產(chǎn)油率均高于熱解氣直接熱解焦油產(chǎn)油率。例如，溫度為600℃時，使用Co/MgO催化劑獲得的焦油產(chǎn)油率為6.01%，而直接熱解氣獲得5.17%的焦油產(chǎn)率。由此可知，500～650℃溫度范圍內(nèi)，受Co/MgO催化劑影響，熱解氣中的CH4、CO、H2出現(xiàn)解離產(chǎn)生小自由基，對熱解自由基的縮聚反應(yīng)進行抑制，促進了焦油產(chǎn)率的增加。

另外，研究發(fā)現(xiàn)，瀝青質(zhì)隨溫度的升高比例降低，而清油的比例有所升高。較熱解氣直接熱解，在500℃的瀝青質(zhì)高，而且其他溫度含有的瀝青質(zhì)低，不過輕油比例增加。以600℃溫度為例，熱解氣直接熱解條件下瀝青質(zhì)比例為41.45%，而Co/MgO催化劑條件下得到的瀝青質(zhì)僅為15.13%。由此可知，熱解氣中的CH4、CO、H2在Co/MgO催化劑作用下解離產(chǎn)生小自由基，阻礙熱解自由基縮聚反應(yīng)的正常進行，促進焦油產(chǎn)率的增加。而且促進重質(zhì)組分的裂解的發(fā)生，提高輕油比例，很好的改善焦油的品質(zhì)。

3 Ni/MgO下的煙煤熱解

500～650℃溫度范圍內(nèi)，維持400mL/min的熱解氣流量，以Ni/MgO為催化劑，探討其給煤熱解的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當溫度不斷升高時，焦油產(chǎn)率先升高后降低，當溫度達到550℃時焦油產(chǎn)率達到最大，而半焦油產(chǎn)率則逐漸減小。和熱解氣直接熱解條件下比，使用Ni/MgO催化劑除在500℃溫度下焦油產(chǎn)率較低外，其他溫度條件下均高于直接熱解的焦油產(chǎn)油率。例如溫度為550℃時直接熱解氣的焦油產(chǎn)油率為5.17%，而使用Ni/MgO催化劑得到7.31%的焦油產(chǎn)油率?？芍?50～600℃溫度條件下Ni/MgO催化劑可促進熱解氣中CH4、CO、H2解離成小自由基，對熱解自由基的縮聚反應(yīng)產(chǎn)生抑制，提高了焦油的產(chǎn)率。與其他催化劑相比，Ni/MgO催化劑具有最好的催化活性效果，尤其在550℃條件下具有較高的產(chǎn)油率。

另外，當溫度不斷升高時，瀝青質(zhì)的比例也隨之升高，而輕油的比例降低。與熱解氣直接熱解相比，當溫度相同時，瀝青質(zhì)所占的比例反而降低，而輕油的比例提高。說明Ni/ MgO催化劑有助于更多的重質(zhì)組分裂解，提高輕油比例，實現(xiàn)焦油品質(zhì)的提升。

4 結(jié)論

注重對煙煤熱解的研究，有助于提高熱解產(chǎn)物的品質(zhì)，更好的應(yīng)用于生產(chǎn)。本文分別使用Fe/MgO、Co/MgO、Ni/MgO三種催化劑探討其給煙煤熱解的影響，得出以下結(jié)論：

1）熱解氣有助于提高焦油的產(chǎn)率，尤其在550～600℃范圍內(nèi)，獲得的較高的煤焦油產(chǎn)率。在加熱條件下，熱解氣會產(chǎn)生小分子自由基和煤熱解產(chǎn)的大分子自由基結(jié)合在一起，阻礙了大分子自由基之間的結(jié)合，促進低分子化合物的生成，使得焦油產(chǎn)率明顯提升，而且增加輕油比例，焦油品質(zhì)得以明顯改善。

2）Fe/MgO、Co/MgO、Ni/MgO三種催化劑在熱解氣條件下可對煙煤熱解產(chǎn)生不同程度的促進作用，使得焦油產(chǎn)率得以明顯提升。尤其Ni/MgO催化劑提高焦油產(chǎn)率較為明顯，而Co/MgO在提高焦油產(chǎn)率、改善焦油品質(zhì)上作用明顯。Fe/ MgO可促進輕質(zhì)焦油裂解。因此，實際生產(chǎn)中應(yīng)結(jié)合不同催化劑特點及給裂解產(chǎn)物帶來的影響，選擇合適的催化劑及熱解溫度，確保生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。

[1] 余振鵬，張丹，郭瑞麗，等.熱解氣催化活化促進石河子煙煤熱解的研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2014，（04）：5-9.

[2] 付時翔.催化劑對熱解氣活化煙煤熱解的影響[J].化工管理，2015，（12）：74.

[3] 陳昭睿.煤熱解過程中熱解氣停留時間對熱解產(chǎn)物的影響[D].浙江大學(xué)，2015.

To Promote Coal Pyrolysis Pyrolysis and Catalytic Activation

Jiang Xi-yi

Using Fe/MgO，Co/MgO，Ni/MgO three kinds of catalyst in pyrolysis conditions of coal pyrolysis results，draw the following conclusions：Fe/MgO，Co/MgO，Ni/MgO decomposition reaction of three kinds of catalyst can be activated pyrolysis，very good to improve the tar yield，especially Ni/MgO effect in improving the tar yield of the most signif cant，in the pyrolysis temperature of 550 DEG C，tar oil reached the rate of 7.32%.Therefore，can be very good to promote coal pyrolysis pyrolysis and catalytic activation，increase oil yield at the same time，promote the improvement of the quality of the tar.

catalytic activation；pyrolysis；coal；pyrolysis

TQ530.2

A

1003-6490（2016）11-0004-02

2016-11-02

姜喜義（1970—），男，黑龍江雙鴨山人，工程師，主要研究方向為化學(xué)工程與工藝。