西部地区富油煤开发利用潜力分析和技术体系构想

【目的】富油煤是集煤、油气属性为一体的宝贵煤炭资源,催化热解是实现其绿色低碳开发的重要途径。然而,高效可回收催化剂的研发仍面临着极大的挑战。【方法】以HZSM-5@SiO₂@MgFe₂O₄ (HSMF)为原料,采用水热法与碱改性制备具有多级孔结构的HZSM-5@SiO₂@MgFe₂O₄ (mHSMF),再通过沉淀法制备铈改性mHSMF (5-CeO₂/mHSMF);并利用固定床反应器考察了5-CeO₂/mHSMF对神府富油煤热解产物的调控作用及其抗积炭性能。【结果和结论】结果表明,CeO₂改性有助于在HSMF表面形成微−介孔多级孔道结构;在5-CeO₂/mHSMF催化剂上,650 ℃、N₂气氛、反应1 h的条件下,神府富油煤焦油产率达到13.38%,是格金试验焦油产率的176%;相较于原煤热解,催化热解得到的焦油中脂肪烃类及苯类化合物含量分别增加了3.04%和3.07%,煤气中H₂和CH₄含量提高了10.49%;经CeO₂改性后,催化剂的抗积炭性能增幅达86.1%,积炭量仅为11.60 mg/g,且积炭趋于稳定的石墨化结构。5-CeO₂/mHSMF对神府富油煤催化热解产物的分布及组成具有明显调控作用,并表现出良好的抗积炭效果和磁性可回收性能。

     

西藏地热系统B、Li、Rb和Cs元素空间分布规律与超常富集机制

西藏地热资源异常丰富,属于地中海—喜马拉雅地热带的重要组成部分。地热系统最为典型的地球化学特征是大部分地热泉或与之相应的泉华沉积物超常富集B、Li、Rb、Cs等元素,具有重要的矿产资源意义。有关这些特征元素来源与水化学演化成因机制,长期存在争议,在理论上缺乏系统论述。本文基于多年野外考察与数据积累,以及对前人研究成果的系统总结,提出了西藏地热系统特征元素组合与富集成因模式,宏观板块构造与微观地球化学分布规律结合,揭示了其成因机制。数据综合分析表明,B、Li、Rb、Cs元素在空间上的分布富集规律总体具有同步性,主要集中分布于雅鲁藏布江缝合带与南北向断裂带交汇区的高温地热系统。B同位素、元素组合、水循环特征及大量地球物理证据表明物源受控于岩浆残余流体,水-岩作用难以作为唯一物源支撑地热系统如此大规模的特征元素超常富集。结论提出西藏地热系统超常富集的元素受控于板块俯冲碰撞、地壳局部重熔、重熔型岩浆流体分异演化、地下水深循环等一系列内外生地质耦合作用过程。本文对西藏地热系统元素超常富集成因机制的解释,有利于增强人们对高温地热系统除水资源与热能意义之外,也同时关注矿产资源价值,实现“水-热-矿”于一体的系统理解,也对未来正确评价地热水体或沉积物矿产资源价值有理论指导意义。

     

我国煤焦油加氢产业发展现状与展望

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是煤焦油中最主要的成分之一,通过加氢饱和可制取具有高能量密度和高热稳定性的喷气燃料。通过分析PAHs加氢过程特点,指出PAHs自身的共振能和加氢中间产物的空间位阻,以及原料和中间产物在催化剂活性位上的竞争吸附是PAHs加氢饱和的关键难题。

综述了近年来PAHs加氢饱和催化剂的研究进展,分析了影响催化剂性能的本质原因,指出提高催化剂活性金属组分的分散度、减小催化剂金属颗粒尺寸可以使催化剂具有更多的加氢活性位点,活性金属适宜的缺电子状态能促进PAHs分子在活性位点上的吸附活化,抑制竞争吸附带来的不利影响。具有丰富孔道和介孔(6~8 nm)结构的催化剂载体有利于PAHs和加氢中间产物的扩散,降低加氢中间产物的空间位阻对加氢反应的不利影响,同时可提供更多的反应表面,促进深度加氢反应进行。酸性适宜的载体可以与活性组分产生相互作用,促进活性组分形成适宜的缺电子状态。总结了PAHs加氢饱和过程的热力学和动力学特征,PAHs加氢反应为放热可逆反应,平衡常数和平衡转化率随反应温度降低而增大,随反应压力的升高而增大,PAHs的扩散性随反应温度的升高而增强,吸附常数随饱和环数的增加而减小。

最后,从催化剂活性组分和载体的设计及调控、PAHs加氢饱和过程热力学和动力学研究等方面提出了研究建议。对煤焦油中PAHs加氢饱和过程及其催化剂的分析和讨论将为富油煤资源高效开发利用提供有益指导。