煤直接液化机理与动力学研究方法

煤直接液化机理与动力学研究方法

摘 要：煤直接液化技术在当前我国的石油供需形势下尤为重要，其中动力学的研究对于煤液化理论的拓展有重要的指导意义。本文简述了煤直接液化中催化剂的作用形式及作用机理，详细介绍了煤直接液化的影响因素与动力学模型及其研究方法。

关键词：催化剂；煤直接液化机理；动力学研究

1.概述

煤直接液化过程是一个复杂的物理和化学过程的结合，从煤的化学结构特点分析：在液化开始时，随温度升高煤中键能较弱的桥键、侧链、含氧官能团会瞬间断裂形成各种分子量的自由基碎片，这些自由基碎片被供氢溶剂提供的氢自由基饱和而稳定成为各种分子量的产物；在恒定温度后，煤及较大分子中间产物中键能较强的芳碳键、脂碳键等在氢自由基的攻击下逐步减弱并断裂，进而转化为分子量小的产物。因此，煤中存在瞬间转化的组分（简称热解加氢组分），其转化速度受升温速度控制，其数量与煤中较弱化学键的多少及键能分布密切相关；而煤中其它组分（简称攻击加氢组分）的反应速度，与煤的浓度、反应温度、催化剂种类、氢自由基浓度及分散浓度等因素有关，但由于化学键能分布不同，其转化反应速度随反应时间而变化。

2.催化剂的作用形式及作用机理

催化剂是煤炭直接液化的重要因素之一。总的来说，煤直接液化催化剂的作用包括两方面：①促进煤的热解；②促进活性氢的产生。第一种作用已经被许多研究者证实。但是大部分的研究者认为后者才是煤直接液化催化剂的主要作用。传统理论认为催化剂的主要作用是促进分子氢向溶剂的转移，进而由溶剂向煤的转移。但是也有研究者认为在高压氢气下催化剂促进了氢由气相直接向煤的转移。在催化机理方面，部分研究者认为铁基催化剂是以Fel-xS的形式在煤液化过程中起催化作用的，正是催化剂提供的活性氢促进了C-C键的断裂。反应里程如下：

FeS2 =FeS+S S+H2=H﹒+HS﹒ HS﹒+H2=H﹒+H2S

3.煤炭直接液化的影响因素

煤炭直接液化是复杂的物理、化学过程，其影响因素也非常多，主要包括以下几个方面。

3.1煤种

煤种是评价煤液化性能的重要指标。研究表明：煤中片H/C原子比越高，

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