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第1章 煤炭加氢液化的工艺过程 1

引言 1

1.1 煤炭加氢液化的历史 2

1.1.1 国外煤炭加氢液化工艺技术的开发 2

1.1.2 我国的煤炭加氢液化研究与工程项目 3

1.2 煤炭加氢液化的主要工艺过程 4

1.2.1 备煤和煤浆制备 5

1.2.2 液化单元 6

1.2.3 循环溶剂加氢单元 12

1.2.4 液化油提质加工 13

参考文献 15

第2章 液化用煤、煤的热解、溶剂和催化剂 16

2.1 煤的分子结构及适合液化的煤种 16

2.1.1 液化用煤的基本性质 16

2.1.2 煤的岩相组成 17

2.1.3 液化用煤的分子结构 22

2.1.4 适合液化的煤种 30

2.2 煤热解机理 32

2.2.1 煤热解过程分析 33

2.2.2 煤热解的主要影响因素 33

2.2.3 煤热解机理 34

2.2.4 煤热解模型 36

2.2.5 煤热解甲烷、氢气生成机理 42

2.3 溶剂的作用 44

2.3.1 溶剂对煤的分散、溶胀和溶解作用 44

2.3.2 溶剂的供氢作用 45

2.3.3 溶剂的氢传递作用 46

2.3.4 溶剂中极性物的作用 48

2.3.5 评价溶剂质量的指标 49

2.3.6 起始溶剂的选择 52

2.3.7 液化装置运行中对溶剂质量和数量的控制 53

2.4 煤炭液化催化剂 55

2.4.1 催化剂的功能和类型 55

2.4.2 纳米型铁系催化剂 56

2.4.3 铁系催化剂的催化机理 61

2.4.4 铁系催化剂的不足和改进方向 63

参考文献 64

第3章 煤加氢液化反应机理和反应动力学 68

3.1 早期的煤液化动力学研究成果 68

3.2 近期的动力学研究成果 73

3.2.1 反应初期动力学 74

3.2.2 反应后期动力学 79

3.3 煤在加氢液化过程中转化特点的再认识 81

3.4 神东煤反应机理及动力学 82

3.4.1 反应初期动力学 82

3.4.2 神东煤反应后期动力学 89

3.4.3 神东煤反应动力学小结和连续高压釜的验证 91

3.5 沥青烯和前沥青烯的反应动力学 93

3.5.1 沥青烯和前沥青烯的加氢转化动力学 93

3.5.2 沥青烯和前沥青烯的缩聚动力学 98

3.6 各产物产率的简化计算 100

3.7 胜利褐煤加氢液化动力学 102

3.7.1 升温阶段动力学参数 102

3.7.2 恒温前期反应动力学参数 102

3.7.3 恒温后期反应动力学参数 103

3.7.4 胜利褐煤动力学小结 104

3.8 动力学研究成果的应用 104

3.8.1 计算煤浆预热炉出口的转化率 104

3.8.2 计算反应器内的反应状况 106

3.8.3 对工艺优化的理论指导 108

参考文献 110

第4章 油煤浆的流变性 112

4.1 油煤浆流变性的研究在煤液化过程中的作用 112

4.2 基本概念 114

4.2.1 颗粒的基本概念 114

4.2.2 颗粒在流体中的自由沉降速度 120

4.3 悬浮体流变特性概述 121

4.3.1 流变学基础及黏度概述 121

4.3.2 油煤浆流变特性试验原理及测试方法 126

4.4 常压下影响油煤浆黏度的主要因素 127

4.4.1 煤及煤粉的粒度对煤浆黏度的影响 127

4.4.2 溶剂性质的影响 130

4.4.3 煤浆浓度的影响 132

4.4.4 制浆条件的影响 134

4.4.5 其他条件的影响 135

4.5 煤液化条件下油煤浆的黏度 138

4.5.1 液化条件下煤浆黏-温性能概述 138

4.5.2 高温高压条件下油煤浆的黏度测定方法 139

4.5.3 氢分压对煤浆黏度的影响 146

4.6 油煤浆流变特性的机理分析 146

4.6.1 溶胀溶解机理 147

4.6.2 溶剂的挥发增浓作用 154

4.6.3 煤的热解对煤浆黏度作用机理 155

4.6.4 沥青烯和前沥青烯的作用机理 158

4.7 煤液化残渣的流变性 161

4.7.1 煤液化残渣的基本性质 161

4.7.2 煤液化残渣的非牛顿流体特性 162

4.7.3 煤液化残渣的黏-温变化 162

参考文献 172

第5章 煤液化油的基本性质及组成 175

5.1 蒸馏 175

5.1.1 蒸馏的试验方法 175

5.1.2 煤液化油的实沸点蒸馏 176

5.2 密度 178

5.2.1 密度的测定方法 178

5.2.2 煤液化油的密度 179

5.3 元素分析 181

5.3.1 元素的测定方法 181

5.3.2 煤液化油的元素分析 184

5.4 黏度 186

5.4.1 黏度的测定 186

5.4.2 煤液化油黏度的测定 188

5.5 表面张力 189

5.5.1 表面张力的测定方法 190

5.5.2 煤液化油馏分的表面张力 191

5.5.3 表面张力的关联与估算 192

5.6 比热容 194

5.6.1 比热容的测定方法 195

5.6.2 煤液化油比热容的测定及其与温度的关联 196

5.6.3 比热容的估算方法 198

5.7 饱和蒸气压和蒸发焓 200

5.7.1 饱和蒸气压的测定方法 200

5.7.2 蒸气压的测定及其与温度的关联 203

5.7.3 煤液化油蒸气压的估算 205

5.7.4 煤液化油的蒸发焓 208

5.8 相对分子质量 209

5.8.1 相对分子质量的测定方法 210

5.8.2 煤液化油的平均分子量的测定 212

5.8.3 煤液化油窄馏分平均分子量的计算关联式 213

5.8.4 煤液化油平均分子量计算值和实验值比较 214

5.9 临界参数 216

5.9.1 假临界性质的计算关联式 216

5.9.2 煤液化油窄馏分的假临界性质 217

5.9.3 煤液化油馏分的偏心因子 222

5.10 煤液化油组成分析 224

5.10.1 煤液化油窄馏分的GC/MS分析 224

5.10.2 煤液化油中酚类物质分析 231

5.11 氢气在煤液化油中的溶解度 232

5.11.1 氢气溶解度测定原理和实验装置 232

5.11.2 煤液化油中氢气的溶解度 234

参考文献 235

第6章 淤浆鼓泡床反应器 239

6.1 概述 239

6.2 流动特性 242

6.2.1 流型界定及辨识 242

6.2.2 相分散 244

6.2.3 流动特性参数的测量 254

6.3 相间传质和液相混合 256

6.3.1 相间传质：液侧传质 256

6.3.2 相内混合：液相混合或分散 259

6.4 淤浆鼓泡床反应器模型化 264

6.4.1 模型化方法 264

6.4.2 模型示例一：Fischer-Tropsch（F-T）合成淤浆鼓泡床反应器的性能 266

6.4.3 模型示例二：煤直接液化淤浆鼓泡床反应器中液相的轴向分散 270

参考文献 280

第7章 煤加氢液化环流反应器 291

引言 291

7.1 气液（浆）反应器的性能比较 292

7.2 环流反应器的研究现状概述 293

7.2.1 环流反应器的类型特点 294

7.2.2 环流反应器的特性参数测定 294

7.3 环流反应器的流体力学和传递特性 295

7.3.1 环流反应器的流动形态 295

7.3.2 环流反应器的流体力学冷模实验 295

7.3.3 环流反应器的传递参数测定 301

7.4 环流反应器宏观数学模型 302

7.4.1 宏观流体力学模型 302

7.4.2 煤液化环流反应器整体数学模型 307

7.5 环流反应器在煤液化反应体系的适用性试验 309

7.5.1 环流反应器流动特性 310

7.5.2 环流反应器的反应效果 313

7.5.3 环流反应器在PDU上的试验结果小结 315

7.6 环流反应器的计算流体力学模型 316

7.6.1 两流体数学模型 316

7.6.2 湍流模型 319

7.6.3 相间作用力 320

7.6.4 气泡的运动行为 322

7.7 环流反应器的数值模拟 329

7.7.1 多流体的分离式计算方法 329

7.7.2 环流反应器的数值计算技术 330

7.7.3 环流反应器多相流动的模拟结果 335

7.7.4 环流反应器气液质量传递的数值模拟 340

7.7.5 煤加氢液化环流反应器的数值模拟 346

7.8 煤加氢液化反应器的运行和操作 353

7.8.1 反应器的温度控制 353

7.8.2 防止煤粉颗粒的沉降 355

7.8.3 防止固体矿物质的沉积和长大 355

7.8.4 防止沥青类物质的结焦 356

7.8.5 反应器的低负荷运行 357

7.8.6 非正常情况的处理对策 357

7.8.7 反应器的开停车 359

参考文献 359

第8章 煤炭直接液化残渣的性质和加工利用 363

引言 363

8.1 残渣的物理化学特性 363

8.1.1 残渣的工业、元素分析和基本物化性质分析 363

8.1.2 残渣的热解特性 373

8.1.3 煤直接液化残渣及其分离产物的气化特性 389

8.1.4 煤直接液化残渣及其分离产物的加氢特性 391

8.2 煤直接液化残渣的利用途径 398

8.2.1 燃烧 398

8.2.2 热解和焦化 398

8.2.3 气化 399

8.2.4 加氢转化 399

8.2.5 煤直接液化残渣作为道路石油沥青改性剂 400

8.2.6 用于炭材料前驱体 410

参考文献 431