haihongyuan.com
海量文库 文档专家
全站搜索:
您现在的位置:首页 > 初中教育 > 初中理化生初中理化生

氢转化规律 (2)

发布时间:2014-01-05 11:34:44  

LOGO

煤转化过程中氢转化规律总结

王振强 王旋

黄晓明

邓云鹏

赵璐伟

LOGO

目录

1
2 3

煤分子结构的总结 煤加氢液化氢转移规律 煤热解中氢转移规律

4

煤气化中氢转移规律

www.themegallery.com

LOGO

第一部分

煤分子结构

煤分子结构

1. 煤中大 分子结构

2. 煤中低 分子结构

www.themegallery.com

LOGO

1. 煤大分子结构
? 煤大分子结构的基本概念:煤的有机质是由大量相对分子 质量不同,分子结构相似但又不完全相同的“相似化合物” 组成的混合物。 通常指 煤分子 结构 以芳香结构为主的 环状化合物 (大分子化合物)

煤的有机质

以链状结构为主 化合物 (小分子化合物)
www.themegallery.com

LOGO

? 煤大分子基本构成形式 原子或 原子团 多个结构相似 “基本结构单元”
基本结构单元

桥键

煤的大分子

规则部分(核或芳香核)

不规则部分
www.themegallery.com

LOGO

煤大分子基本结构单元的核

芳碳率(?arC )= Car / C

芳氢率(?arH )= Har / H 芳环数(Ra)

基本结构单元 的核

www.themegallery.com

LOGO

煤大分子基本结构单元的不规则部分
烷基侧链
连接在缩合环上的烷基侧链是指 甲基、乙基、丙基等基团。

不规则部分

含氧官能团

煤分子上的含氧官能团有羟基 (—OH)、羧基(—COOH)、羰 基(C=O),甲氧基(—OCH3)和 醚基(—O—)等 煤中的含硫和含氧官能团结构类似 ,包括硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌 及杂环硫等。氮含量以六元杂环吡 啶环或喹啉环等形式存在,此外还 有胺基、亚胺基、腈基、五元杂环 吡咯及咔唑等。
www.themegallery.com

含硫和含 氮官能团

LOGO

2. 煤中低分子结构
? 概念:煤缩聚芳香结构中还分散一些独立的非芳香化 合物,性质与煤主题有机质有很大不同,通常称它们 为低分子化合物。 ? 分类

1. 烃类:主要是正构烷烃、还有少量环状烷烃和长链烯
烃。 2. 含氧化合物:长链脂肪酸、醇、酮、甾醇类

www.themegallery.com

LOGO

二.煤直接液化氢转化规律

1. 煤直接液化的基本原理

2. 煤加氢液化基本化学反应

3. 煤加氢液化过程中转化主要步骤

www.themegallery.com

LOGO

1. 煤加氢液化的基本原理
? 煤和石油的元素组成对比 元素 组成 C H O N S H/C 无烟煤 93.7 2.4 2.4 0.9 0.6 0.31 中挥发 低挥发 分烟煤 分烟煤 88.4 5.4 4.1 1.7 0.8 0.67 80.8 5.5 11.1 1.9 1.2 0.82 褐煤 71.0 5.4 21.0 1.4 1.2 0.87 单位:% 石油 83~87 11~14 0.3~0.9 0.2 1.2 1.76 汽油 86 14 — — — 约2.0

www.themegallery.com

LOGO

? 通过加氢,改变煤分子结构的H/C原子比,同时脱出杂

原子,煤就可以液化成油。
? 根据煤和石油的化学结构和性质的区别,要把固体的煤 转化成液体的油,煤液化必须具备以

下四大功能。 1. 将煤的大分子结构分解成小分子。 2. 提高煤的H/C原子比,使其达到石油的H/C原子水平。 3. 脱除煤中的O、N、S等杂原子,使液化油质量达到石油 产品的标准。 4. 脱出煤中的无机矿物质
www.themegallery.com

LOGO

煤直接液化的宏观化学
H/C=0.8

催化加氢

汽油 柴油
H/C~2

Coal

H2

CO、H2
www.themegallery.com

LOGO

2. 煤加氢液化主要化学反应
? (1) 热解反应 ? (2) 供氢反应 ? (3) 脱杂原子反应 ? (4) 缩合反应

www.themegallery.com

LOGO

(1)热解反应
? 热解反应示意图



热裂解

自由基碎片
R-CH2·+R’-CH2·

? R.

? 热解反应通式 R-CH2-CH2-R’ ? 1. 2. 3. 4. ?

桥键的类型 次甲基键 -CH2-、 -CH2-CH2-、 -CH2-CH2-CH2醚键和硫醚键 -O-、 -S- 、-S-S次甲基醚键 -CH2-O- 、 -CH2-S芳香碳-碳键 自由基特点 本身不带电荷却在某个碳原子(桥键断裂处)拥有未 配对的电子。
www.themegallery.com

LOGO

(2)供氢反应
? 概念:煤热解过程中生成的自由基从供氢溶液中取得氢

而稳定下来,生成稳定的相对分子质量较小的产物。反
应通式如下:

H(供氢溶剂)+ ∑ R ·

∑ RH

? 此外,煤结构中的某些C=C双键也可能被氢化。 ? 如供氢溶液不足时,煤热解生成的游离基的碎片缩聚而 形成半焦

n (R ·)

半焦 (R) n
www.themegallery.com

LOGO

a

b

c

加氢所需活 性氢的来源

提高供氢能 力的措施

供氢溶剂的 供氢机理、 常用的供氢 溶剂及作用

www.themegallery.com

LOGO

a 加氢所需活性氢的主要来源
1. 溶解于溶剂油中的氢在催化剂作用下变为活性氢 2. 溶剂油可供给或传递的氢(有溶剂分子中键能较弱的 C-H键、H-O键断裂分解产生的活性氢原子) 3. 煤本身可供应的氢(煤分子内部重排,部分结构裂解 或缩聚放出的氢)

4. 化学反应生成的氢 如CO+H2O

CO2+H2

www.themegallery.com

LOGO

b 提高供氢能力的主要措施
1. 增加溶剂的供氢性能 2. 提高液化系统的氢气压力 3. 使用高活性的催化剂 4. 在气相中保持一定的H2S浓度

www.themegallery.com

LOGO

c 供氢溶剂的供氢机理
? 1. 供氢机理
- 2H +2H

?

2. 常用的供氢溶剂:四氢萘、9,10-二氢菲、四氢喹啉等
- 4H +4H
N

- 4H +4H H
N

H

- 2H +2H

?

3. 供氢溶剂的作用
www.themegallery.com

LOGO

(3) 做杂原子反应
? 煤有机质主要是C、H、O、N、S等元素组成,O、N、 S元素称为煤中的杂原子。杂原子加氢条件下与氢反 应,分别生成H2O、NH3、H2S等。它对煤加氢液化产 品的质量和环保是很重要的,一般侧链上的杂原子比 环上杂原子容易脱除。

1. 脱氧反应:羧基、醚基、羰基在较缓和条件下就能脱 去,羟基则不可。 2. 脱硫反应:脱硫反应和上述脱氧反应相似,由于硫的 电负性

较氧弱,所以脱硫反应更容易进行。例如: RCH2-S-CH2R’+H2 RCH3+R’CH3+H2S

3. 脱氮反应:氮大多数存在于杂环中,脱氮要困难得多, 轻度加氢时氮含量几乎不减少。 www.themegallery.com

LOGO

(4)缩合反应
? 加氢液化过程中,由于温度过高或氢供应不足,煤的 自由基碎片或是反应物分子及产物分子会发生缩合反 应,生成半焦和焦炭。 n (R·) ? 防止结焦的方法 半焦 (R) n

1. 提高液化系统的氢气分压 2. 提高供氢溶剂的浓度

3. 控制反应温度不要太高,由于煤加氢液化是放热反应, 要及时把反应热移走
4. 降低循环油中沥青烯的含量 5. 缩短反应时间
www.themegallery.com

LOGO

煤加氢液化反应历程



加热 自由基碎片 前沥青烯 沥青烯

油和水、C1-C4、 CO、CO2、 NH3、H2S等气 体

缩合

H

高分子化合物 半焦

供氢溶剂

贫氢溶剂

H2 催化加氢


















www.themegallery.com

LOGO

3. 煤加氢液化过程中转化的主要步骤
1. 溶剂对煤的抽提 即煤中立体网状结构空隙中包裹的 小分子被溶剂溶解而抽提出来。 2. 快速热解加氢转化 即煤中较弱的桥键断裂,使一部

分煤快速加热分解产生自由基,自由基与活性氢结合
生成稳定产物。 3. 逐步加氢分解 即以煤中难断裂的桥键在催化剂,溶

剂及活性氢的共同作用下逐步断裂,产生自由基与活 性氢结合生成稳定产物,使煤的转化率继续提高。

4. 沥青烯与前沥青烯等中间产物在溶剂,活性氢及催化
剂作用下继续加氢转化为油、气等产品。
www.themegallery.com

LOGO


网站首页网站地图 站长统计
All rights reserved Powered by 海文库
copyright ©right 2010-2011。
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit326@126.com