煤熱解耦合焦油裂解對(duì)焦油品質(zhì)的影響

黃黎明，馬鳳云，劉月娥，高　超，劉景梅，鐘　梅

(1．新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊　830046;2．新疆大學(xué)煤炭清潔轉(zhuǎn)化與化工過(guò)程自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊　830046)

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煤熱解耦合焦油裂解對(duì)焦油品質(zhì)的影響

黃黎明1，2，馬鳳云1，2，劉月娥1，2，高超1，2，劉景梅1，2，鐘梅1，2

(1．新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊830046;2．新疆大學(xué)煤炭清潔轉(zhuǎn)化與化工過(guò)程自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046)

摘要:在2個(gè)串聯(lián)的固定床反應(yīng)器內(nèi)，研究了和什托洛蓋煤熱解揮發(fā)物的二次裂解行為，考察二段固定床內(nèi)溫度及載體對(duì)焦油裂解性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)二段管溫度從400℃升至600℃時(shí)，焦油產(chǎn)率從13．3%降至12．5%，H2產(chǎn)率則由83．5 mL/g增加至111．8 mL/g;當(dāng)溫度低于500℃時(shí)，重質(zhì)焦油產(chǎn)率無(wú)明顯變化，但較單固定床明顯降低，說(shuō)明低溫裂解可提高焦油品質(zhì);當(dāng)溫度≥550℃時(shí)，焦油裂解程度加劇，致使其重質(zhì)組分產(chǎn)率較單固定床增加;當(dāng)二段管溫度為550℃時(shí)，與不添加催化劑相比，Ni/USY，Ni/HZSM－5(38)和Ni/HZSM－5(50)不同程度提高了焦油中輕質(zhì)組分分率，其中Ni－USY的提質(zhì)效果最明顯，可使輕質(zhì)焦油分率提高到71．9%，增幅達(dá)28．2%。

關(guān)鍵詞:催化熱解;耦合;焦油;固定床

黃黎明，馬鳳云，劉月娥，等．煤熱解耦合焦油裂解對(duì)焦油品質(zhì)的影響［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2016，41(6):1533－1539．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1358

Huang Liming，Ma Fengyun，Liu Yuee，et al．Effect of coal pyrolysis coupled with its product tar cracking behavior on tar quality［J］．Journal of China Coal Society，2016，41(6):1533－1539．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1358

煤焦油是煤炭在熱解、焦化和氣化過(guò)程中產(chǎn)生的液體產(chǎn)物，其成分主要是脂肪烴、芳香族化合物及其他有機(jī)化合物。目前的熱解工藝中，焦油中重質(zhì)油的含量較高，與粉塵混合后易堵塞管道，因此，提高焦油品質(zhì)的研究具有廣泛的用途和應(yīng)用前景。

提高煤熱解焦油品質(zhì)的主要方式有以下4種:加氫熱解、催化熱解、焦油加氫、焦油二次裂解等［1－6］。Ariunaa等［1］在常壓固定床反應(yīng)器內(nèi)以蒙古Shiveeovoo褐煤和中國(guó)尋甸褐煤為研究對(duì)象進(jìn)行不同氣氛下的熱解實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:合成氣和氫氣氣氛下焦油收率均比氮?dú)鈿夥障赂撸呛铣蓺夂蜌錃鈿夥障陆褂褪章氏嗖畈淮?。李保慶等［2］研究了靈武不黏結(jié)煤在873 K和3 MPa下的熱解行為，發(fā)現(xiàn)氫氣氣氛下的熱解焦油收率比惰性氣氛下的提高了2倍。Zhu等［3］考察了流化床內(nèi)CaO對(duì)神木煙煤熱解的影響，結(jié)果表明:添加 CaO后，焦油收率在650℃達(dá)到最大，CaO的存在，使焦油中BTX及PCX的含量均有所提高。Zou等［4］發(fā)現(xiàn)CoCl2可以提高焦油中輕質(zhì)組分的含量，且添加量為10%～15%時(shí)，效果最好。Tao等［5］以中溫煤焦油為研究對(duì)象，以Mo－Co－Al2O3為催化劑進(jìn)行焦油加氫，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力為12 MPa時(shí)汽油和柴油餾分分別可達(dá)到22.3%和70.1%(體積分?jǐn)?shù))。

通過(guò)對(duì)熱解氣相產(chǎn)物的催化可實(shí)現(xiàn)一次熱解產(chǎn)物的定向再分布。Sonoyama等［6］發(fā)現(xiàn)FeO負(fù)載鈰、鋯和鋁等金屬后，對(duì)Loy Yang煤熱解焦油中重質(zhì)組分的裂解率高達(dá)97%。Han等［7－8］以熱解半焦為載體，研究了Co，Ni，Cu和Zn基催化劑對(duì)煤熱解焦油的提質(zhì)行為，結(jié)果表明:與無(wú)催化劑相比，20%的Ni－char可使輕油分率增加25%，裂解效果由強(qiáng)到弱使用的催化劑依次為 Co－char，Ni－char，Cu－char，Zn－char。

綜上所述，對(duì)熱解焦油的二次裂解往往采用多種金屬催化劑，本文旨在常壓低溫條件下，研究載體對(duì)煤熱解焦油的催化裂解活性，分析載體結(jié)構(gòu)對(duì)熱解焦油產(chǎn)率及品質(zhì)的影響。

1　實(shí)　　驗(yàn)

1.1煤樣

煤樣來(lái)源于新疆和什托洛蓋煤田(破碎、篩分至0.2～0.5 mm，干燥)。煤樣的工業(yè)分析按照國(guó)標(biāo)GB/ T 212—2001測(cè)定;元素分析用元素分析儀 (Thermo Flash EA－1112，Thermo Fingnigan Corporation)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1，可以看出，該煤樣具有較高的揮發(fā)分，H/ C較高，其格金焦油產(chǎn)率高達(dá)18.0%。

表1　煤樣的工業(yè)分析和元素分析Table 1　Proximate and ultimate analyses for the coal sample

1.2催化劑的制備

以Ni(NO3)2·6H2O為鎳源，多孔載體HZSM－5(Si/Al=38)，HZSM－5(Si/Al=50)和 USY為載體(南開(kāi)大學(xué)催化劑廠)，采用等體積浸漬法制備Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的催化劑，分別記為Ni/HZSM－5(38)，Ni/HZSM－5(50)和Ni/USY。以制備15%的Ni/HZSM－5(38)為例來(lái)說(shuō)明催化劑的制備方法:①將HZSM－5(Si/Al=38)載體研磨、破碎和過(guò)篩，粒徑為30～60目，于馬弗爐中550℃焙燒3 h;②稱取28.91 g Ni(NO3)2·6H2O置于坩堝中，用去離子水溶解后加入 10.00 g焙燒后載體，浸漬 24 h，在110℃烘干，500℃下焙燒3 h即可。

1.3催化劑表征

金屬鎳的負(fù)載量由EDX3600B X熒光光譜儀測(cè)定(江蘇天瑞儀器)，測(cè)試條件為非真空條件下，管壓45 kV，管流300 mA，濾光片為3。

催化劑的比表面積與孔結(jié)構(gòu)采用Autosorb－1型比表面積分析儀進(jìn)行測(cè)試(Quantachrome，美國(guó))，分別用BET法和t－plot法計(jì)算其比表面積和孔體積。

催化劑的晶相結(jié)構(gòu)采用Rigaku D/max2500型X射線衍射儀(日本)進(jìn)行分析，Cu靶，Kα射線(λ= 1.540 56×10－10m)，Ni濾波，掃描速度8°/min，石墨單色管，管電壓和管電流分別為40 kV和100 mA，步長(zhǎng)0.01°，掃描范圍5°～85°。

催化劑的酸性測(cè)試采用康塔的Chem－BET pulsar型化學(xué)吸附儀(Quantachrome，美國(guó))。實(shí)驗(yàn)條件為: 在U形石英玻璃管內(nèi)放置原料0.05 g，He氣氛，5℃/min從室溫升至110℃保持1 h脫水。降溫至90℃，轉(zhuǎn)換氣體為NH3并保持1 h。在同樣溫度下轉(zhuǎn)換氣體為He保持2 h，以5℃/min的升溫速率升溫至800℃。整個(gè)測(cè)試過(guò)程解吸的NH3采用在線質(zhì)譜檢測(cè)(Proline，AMETCH，美國(guó))。

1.4實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)，稱取20 g煤樣置于第1段反應(yīng)管中，通入200 mL/min N2吹掃20 min，以10℃/min的升溫速率從室溫升至600℃并保持30 min。熱解氣相產(chǎn)物經(jīng)由保溫管進(jìn)入預(yù)先裝填好催化劑并升溫至預(yù)設(shè)溫度的第2段反應(yīng)管中。裂解所得氣相產(chǎn)物經(jīng)冷阱(－20℃)冷凝液體產(chǎn)品，不可凝氣體通過(guò)圓筒過(guò)濾套除塵、飽和NaHCO3吸收H2S、濕式氣體流量計(jì)記錄體積、無(wú)水硅膠除濕后用氣袋全部收集，采用氣相色譜(GC－4000A，北京東西電子)分析氣體組成。收集液體產(chǎn)物，計(jì)算油水產(chǎn)率。液體產(chǎn)品經(jīng)分離后計(jì)算焦油產(chǎn)率和水產(chǎn)率。焦油樣品貯存于2～4℃環(huán)境中，留待分析其品質(zhì)。熱解生成的半焦冷卻后收集、稱量，計(jì)算其產(chǎn)率。

煤熱解及焦油產(chǎn)物的催化裂解分別在2個(gè)串聯(lián)的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行(圖1)。整個(gè)系統(tǒng)所用的熱量分別由兩個(gè)電加熱爐(6 kW)提供。

圖1　實(shí)驗(yàn)室規(guī)模煤熱解－焦油裂解裝置Fig.1　Stereogram and schematic of the lab-scale for coal pyrolysis and tar cracking

1.5分析方法

經(jīng)氣袋收集后的裂解氣體組成采用GC－4000A型氣相色譜儀分析。該色譜配有熱導(dǎo)池(TCD)和氫火焰離子(FID)雙通道檢測(cè)器。通道1檢測(cè)H2，N2，CO和 CO2等氣體，通道2檢測(cè) CH4，C2H6，C2H4，C3H8，C3H6和C4H10等氣體。焦油樣品的模擬蒸餾實(shí)驗(yàn)在Agilent公司生產(chǎn)的7890A氣相色譜儀上完成，實(shí)驗(yàn)過(guò)程依據(jù)ASTM D2887－01a標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。焦油和水的產(chǎn)率均以干基煤樣作為基準(zhǔn)。其中焦油中各組分的產(chǎn)率計(jì)算方法為

式中，Yi為焦油中各組分產(chǎn)率;i為焦油各組分;Ytar為焦油產(chǎn)率;Fi為焦油中各組分分率。

2　結(jié)果與討論

2.1催化劑表征

2.1.1EDX

表2為各催化劑的EDX表征結(jié)果，可知，金屬Ni在各載體上的負(fù)載量均大于96.50%，其中，Ni/USY負(fù)載量最大為99.67%，Ni/HZSM－5(38)最小為96.73%。

表2　各催化劑的EDX表征結(jié)果Table 2　EDX results of the catalysts

2.1.2BET表征

表3給出了各載體負(fù)載活性組分Ni前、后的比表面積和孔結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。可知，負(fù)載Ni后，USY，ZSM－5(38)和 ZSM－5(50)的比表面積分別由590.6，309.6和370.5 m2/g下降到465.8，200.6和280.5 m2/g，降幅分別達(dá)21.3%，35.2%和24.3%。各載體的孔徑與孔容積均不同程度降低，這是由于金屬Ni進(jìn)入載體的孔道內(nèi)部的緣故［9－11］。

表3　載體負(fù)載金屬Ni前、后的表征結(jié)果Table 3　BET results of supporter before and after Ni loaded

2.1.3XRD表征

圖2為不同載體和催化劑的XRD譜圖?？芍?，不同分子篩載體本身的特征峰出現(xiàn)在2θ=30°前。負(fù)載金屬Ni后，各催化劑雖然保留了相應(yīng)載體典型的骨架峰，但其強(qiáng)度發(fā)生變化，表明活性組分進(jìn)入了載體的內(nèi)部，進(jìn)而改變載體本身的結(jié)構(gòu)［12］。在2θ= 43.5°，63.2°處，Ni/HZSM－5(38)和 Ni/HZSM－5(50)催化劑的XRD衍射譜圖中出現(xiàn)了較為明顯的NiO衍射峰，說(shuō)明該2種催化劑形成的NiO晶型結(jié)構(gòu)較Ni/USY更為完善。而Ni/USY僅在43.5°出現(xiàn)一個(gè)比較彌散的NiO衍射峰，這是由于USY催化劑比表面積最大，Ni物種可充分分散在USY載體的表面或者淺表面，有利于催化劑的活性催化［13－14］。

圖2　不同載體和催化劑的XRD圖Fig.2　XRD patterns of different supporters and catalysts

2.1.4NH3－TPD表征

采用NH3－TPD對(duì)催化劑的酸性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示?？芍?，3種載體均存在2個(gè)明顯NH3脫附峰，分別代表較弱的L酸和較強(qiáng)的B酸［15－16］。各載體的第1個(gè)NH3脫附峰均出現(xiàn)在110℃左右，其中USY的峰強(qiáng)度和峰面積最大，表明該載體具有較多的L酸中心，有助于有機(jī)大分子的裂解［11，16］，負(fù)載活性金屬Ni后，3種催化劑的L酸中心峰面積略微減小，但譜峰位置基本不變;各載體的第2個(gè)NH3脫附峰出現(xiàn)在410℃附近，為其B酸中心。負(fù)載Ni后，催化劑的B酸中心譜峰均向高溫方向移動(dòng)，峰強(qiáng)度增強(qiáng)，峰型較窄，其中Ni/USY與Ni/HZSM－5(38)的高溫NH3脫附峰均在560℃附近，Ni/HZSM－5(50)的高溫NH3脫附峰約在540℃附近，這是由于Ni與載體表面B酸性位結(jié)合，導(dǎo)致催化劑的B酸性位減少。

圖3　不同載體和催化劑NH3－TPD曲線Fig.3　NH3－TPD profiles of different supporters and catalysts

2.2二段反應(yīng)溫度對(duì)焦油裂解性能的影響

2.2.1產(chǎn)物分布

表4為二段反應(yīng)溫度對(duì)氣液產(chǎn)物產(chǎn)率的影響?？芍?dāng)溫度≤600℃時(shí)，水產(chǎn)率幾乎不受溫度影響，均約為10.0%。焦油產(chǎn)率隨二段反應(yīng)管溫度升高而下降，當(dāng)二段管溫度為600℃時(shí)，焦油產(chǎn)率最低，為12.5%，較單管下降了16.7%，氣體產(chǎn)率則呈相反趨勢(shì)，二段管為600℃時(shí)，其值升至12.5%，意味著一次焦油發(fā)生了二次裂解反應(yīng)。

表4　不同溫度下二次反應(yīng)的產(chǎn)物產(chǎn)率Table 4　Yield of products varying with second reaction temperature

圖4為不同溫度下各氣體組分的產(chǎn)率。H2產(chǎn)率較單管顯著增加，二段管溫度為600℃時(shí)達(dá)到最大值111.8 mL/g，增幅達(dá)到78.9%，這是一次焦油的二次裂解所致。CH4和CO2的產(chǎn)率明顯降低，二段管為600℃時(shí)，二者分別較單管降低38.9%和44.0%，CH4的降低可能是由于甲烷在煤中礦物質(zhì)和熱解半焦的催化下發(fā)生裂解［17］，CO2的降低則是由于其參與了焦油的重整［18－19］。

圖4　不同二次反應(yīng)溫度下各氣體產(chǎn)物產(chǎn)率Fig.4　Yield of each gas component varying with second reaction temperature

2.2.2焦油模擬蒸餾分析

本文定義煤焦油中的輕質(zhì)組分為沸點(diǎn)低于360℃的餾分，高于360℃的餾分為重質(zhì)組分。圖5為一次焦油和二次焦油的氣相色譜模擬蒸餾曲線?？芍?，當(dāng)二段管溫度≤500℃時(shí)，餾程＞360℃的曲線幾乎重合，說(shuō)明低于該裂解溫度時(shí)，重質(zhì)組分幾乎不發(fā)生縮聚反應(yīng)。當(dāng)二段管溫度≥550℃時(shí)，餾程＞360℃的曲線與單管熱解焦油蒸餾曲線幾乎重合，但均明顯低于二段管溫度≤500℃時(shí)該溫度段的蒸餾曲線，說(shuō)明該溫度下，熱解焦油重質(zhì)組分開(kāi)始發(fā)生縮聚反應(yīng)。蒸餾溫度＜200℃時(shí)，單管熱解所得焦油的蒸餾曲線高于二次裂解，意味著二次裂解反應(yīng)有利于輕質(zhì)組分裂解成氣體，導(dǎo)致熱解H2隨二段管溫度升高而增加。

圖5　焦油的氣相色譜模擬蒸餾曲線Fig.5　Simulating distillation curve of tar sample by GC

表5為不同二次反應(yīng)溫度下所得焦油各組分產(chǎn)率?？芍?jīng)過(guò)二次裂解，焦油中的輕油產(chǎn)率明顯下降，但各組分產(chǎn)率變化不一。分析認(rèn)為，二次裂解過(guò)程中存在2個(gè)過(guò)程:一是焦油組分的裂解，二是焦油組分自身的縮聚。當(dāng)溫度≤500℃時(shí)，裂解反應(yīng)作用強(qiáng)于縮聚反應(yīng)作用，重質(zhì)組分以及輕油裂解導(dǎo)致重質(zhì)油及輕油產(chǎn)率隨溫度的升高而降低。當(dāng)溫度≥550℃時(shí)，縮聚反應(yīng)作用強(qiáng)于裂解，導(dǎo)致重質(zhì)油產(chǎn)率逐漸升高。從表5中還可以得知，隨著裂解溫度升高，輕油和酚油的降幅最大，分別為 76.36%和80.77%，此時(shí)的裂解溫度分別為550℃和600℃，也驗(yàn)證了裂解過(guò)程不僅有重組分的裂解也有輕組分的裂解。其中，當(dāng)裂解溫度當(dāng)裂解溫度由400℃增至600℃時(shí)，重質(zhì)焦油產(chǎn)率由4.73%增加到了5.69%，增幅達(dá) 20.30%。其中輕油和酚油產(chǎn)率分別由0.73%和0.77%降低為0.51%和0.30%，分別降低了30.14%和42.00%，洗油含量變化不明顯，這是由于隨著二段管溫度升高，焦油中輕質(zhì)組分裂解程度加深，特別是輕油和酚油發(fā)生裂解。

表5　不同二次反應(yīng)溫度下所得焦油各組分產(chǎn)率Table 5　Yield of each component of tar varying with temperature

2.3不同載體的Ni基催化劑對(duì)一次焦油的裂解效果

由上述分析可知，550℃和600℃裂解所得焦油組分相差不大，其重質(zhì)組分含量均超過(guò)40%，從節(jié)約能源的角度，選取最適宜裂解溫度為550℃。

2.3.1氣液產(chǎn)物分布

圖6給出了二段管溫度為550℃時(shí)，不同載體的Ni基催化劑對(duì)煤熱解一次揮發(fā)性產(chǎn)物二次裂解性能的影響?？芍褂彤a(chǎn)率均較無(wú)催化劑時(shí)降低，說(shuō)明各催化劑促進(jìn)了焦油的二次裂解，其中，Ni/USY為催化劑時(shí)降幅最為明顯，降幅達(dá)19.8%，僅為10.1%。各催化劑存在時(shí)，水產(chǎn)率均增加，Ni/USY為催化劑時(shí)的增幅達(dá)15.0%，主要由于甲烷裂解產(chǎn)生氫自由基等、含氧官能團(tuán)的斷裂導(dǎo)致氧化反應(yīng)的加劇以及CO+3H2→CH4+H2O甲烷化反應(yīng)［20－21］。

圖6　不同載體催化劑對(duì)氣液產(chǎn)物的影響Fig.6　Yield of products varying with different carriers

2.3.2焦油模擬蒸餾分析

對(duì)不同載體催化劑下所得焦油進(jìn)行了模擬蒸餾分析(圖7)，可知，Ni/USY為載體時(shí)，所得焦油的蒸餾曲線在蒸餾溫度＜240℃范圍內(nèi)位于另外2條焦油蒸餾曲線的下方，隨蒸餾溫度升高，該曲線趨勢(shì)劇增，隨后一直位于最上方;Ni/HZSM－5(38)和Ni/HZSM－5(50)兩個(gè)催化劑下的焦油蒸餾曲線趨勢(shì)在全餾程范圍內(nèi)基本相同，Ni/HZSM－5(38)下稍高一些。

圖7　不同載體催化劑下所得焦油的氣相色譜模擬蒸餾曲線Fig.7　Simulating distillation curve of tar sample by GC varying with different catalysts

分析其焦油中各組分產(chǎn)率(表6)，經(jīng)催化劑作用后，焦油中輕油、酚油和萘油產(chǎn)率均降低(經(jīng) Ni/ HZSM－5(38)作用，焦油中萘油分率升高)，其中經(jīng)過(guò)Ni/USY作用后，焦油中輕油、酚油及萘油產(chǎn)率均不同程度降低，降幅分別為82.4%，65.2%和51.9%，但是其洗油產(chǎn)率大幅增加，增幅高達(dá)153%;經(jīng)催化劑作用后，焦油中重質(zhì)組分產(chǎn)率均有不同程度的降低。由于 Ni/USY催化劑較 Ni/HZSM－5(38)和 Ni/ HZSM－5(50)兩種催化劑具有更多的L酸和B酸性中心，B酸導(dǎo)致其酚油和萘油等輕質(zhì)組分裂解成氣體的程度加深，L酸的作用導(dǎo)致大分子的重油裂解成洗油等輕質(zhì)組分。

不同載體的Ni基催化劑對(duì)焦油產(chǎn)率及輕質(zhì)焦油產(chǎn)率的結(jié)果見(jiàn)表7?？芍琋i/USY為催化劑時(shí)，輕質(zhì)焦油分率最高，為71.9%，Ni/HZSM－5(38)和Ni/ HZSM－5(50)為催化劑時(shí)，輕質(zhì)焦油分率分別為64.3%和67.4%。

表6　不同催化劑下所得焦油各組分產(chǎn)率Table 6　Yield of each component of tar varying with catalysts

表7　不同載體催化劑對(duì)焦油品質(zhì)的影響Table 7　Effect of different catalysts on tar quality

由表7可知，經(jīng)過(guò)Ni/USY催化劑的催化作用，所得焦油產(chǎn)率最低，為10.1%，輕質(zhì)焦油產(chǎn)率與無(wú)催化劑時(shí)接近，約為7.3%，但由于其輕質(zhì)焦油分率最高，所以其對(duì)焦油的提質(zhì)效果最明顯。分析其原因有以下幾點(diǎn):①由3種催化劑的BET測(cè)試結(jié)果可知，Ni/USY催化劑的比表面積為465.8 m2/g，遠(yuǎn)高于Ni/HZSM－5(38)(200.6 m2/g)和 Ni/HZSM－5(50)(280.5 m2/g)催化劑，加之其孔道較為曲折且孔徑較大，導(dǎo)致在焦油的催化裂解過(guò)程中，焦油蒸汽在催化劑中停留時(shí)間較長(zhǎng)，有利于焦油的催化裂解;②由不同載體Ni基催化劑的XRD譜圖可以看出，與HZSM－5(38)和HZSM－5(50)相比，USY負(fù)載Ni 后Ni金屬分散比較均勻，活性位分散有利于焦油的裂解;③文獻(xiàn)［12，16，22］報(bào)道，L酸的存在可以促進(jìn)焦油中有機(jī)大分子的裂解，從3種催化劑的NH3－TPD曲線可以看到，Ni/USY催化劑具有更多的L酸性中心，導(dǎo)致其輕質(zhì)焦油分率最大。這也解釋了Ni/ HZSM－5(38)催化劑的比表面積最小，而輕質(zhì)焦油分率卻比Ni/HZSM－5(50)為催化劑時(shí)高出約3個(gè)百分點(diǎn)，由圖 3可知，Ni/HZSM－5(38)催化劑比 Ni/ HZSM－5(50)具有更多的酸性中心，因此，Ni/HZSM－5(38)催化劑比Ni－HZSM－5(50)更能促進(jìn)焦油大分子裂解，得到較多的輕質(zhì)焦油組分，與文獻(xiàn)［23］結(jié)果一致。

3　結(jié)　　論

(1)當(dāng)二段反應(yīng)管內(nèi)無(wú)催化劑時(shí)，溫度為600℃時(shí)，焦油產(chǎn)率為12.5%，較單管降低了16.7%。當(dāng)二段管溫度由400℃升至600℃時(shí)，焦油中重質(zhì)組分產(chǎn)率由4.73%增加至5.69%，增加了20.3%，輕油和酚油產(chǎn)率分別由0.73%和0.77%降低為0.51%和0.33%，洗油含量變化不明顯。

(2)當(dāng)二段管反應(yīng)溫度為550℃，采用不同載體的Ni基催化劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)與無(wú)催化劑時(shí)相比，焦油產(chǎn)率均有所下降，其中Ni－USY為催化劑時(shí)，焦油產(chǎn)率最低為10.1%。添加Ni－USY，Ni－HZSM－5(38)，Ni－HZSM－5(50)3種催化劑后，焦油中輕質(zhì)焦油分率分別為71.9%，64.3%和 67.4%，分別比無(wú)催化劑時(shí)(56.1%)提高了28.2%，14.6%和20.1%。

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中圖分類號(hào):TQ530.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0253－9993(2016)06－1533－07

收稿日期:2015－07－02修回日期:2015－12－20責(zé)任編輯:張曉寧

基金項(xiàng)目:新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏?jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(XJEDU2014I003);新疆大學(xué)博士啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(BS120111)

作者簡(jiǎn)介:黃黎明(1990—)，男，四川達(dá)州人，碩士研究生。E－mail:hlm．000000@163．com。通訊作者:鐘梅(1981—)，女，四川中江人。E－mail:zhongmei0504@126．com

Effect of coal pyrolysis coupled with its product tar cracking behavior on tar quality

HUANG Li-ming1，2，MA Feng-yun1，2，LIU Yue-e1，2，GAO Chao1，2，LIU Jing-mei1，2，ZHONG Mei1，2
(1．College of Chemistry and Chemical Engineering，Xinjiang University，Urumqi830046，China;2．Key Laboratory of Coal Clean Conversion＆Chemical Engineering Process，Xinjiang Uyghur Autonomous Region，Xinjiang University，Urumqi830046，China)

Abstract:Heshituoluogai coal was pyrolyzed in a fixed bed reactor at 600℃ and its pyrolysis tar was cracked in the second fixed bed reactor．The effect of tar cracking temperature and Ni-based catalysts with varying carriers on the performance of tar pyrolysis was investigated at N2atmosphere．The results show that when the temperature in the second stage increases from 400℃ to 600℃，tar yield decreases from 13．3%to 12．5%，yield of Hydrogen increases from 83．5 mL/g to 111．8 mL/g．There is no significant changes on yield of heavy tar as the cracking temperature is less than 500℃，but decreases obviously comparing with that in the first fixed bed reactor，it is suggested that low temperature cracking can improve tar quality．The degree of cracking increases when the cracking temperature is above 550℃，and the corresponding yield of heavy tar increases compared with the first fixed bed．Adding Ni-based catalysts at 550℃ with different carriers of USY，HZSM-5(38)and HZSM-5(50)into the second tube，tar yields all decrease but the fraction of light tar increase compared with the value of non-catalyst．The highest fraction of light tar reaches 71.9%when Ni-USY is the catalyst，28．2%higher than that of non-catalyst．

Key words:fixed bed;couple with;tar;catalytic pyrolysis