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煤的加氢液化不仅可以实现煤的清洁高效利用,还可以化解煤的产能过剩。我国煤直接加氢液化的发展现状是设备投资成本高、反应条件苛刻,以及国际低油价对煤制油的冲击,因此增加煤的加氢液化反应活性对于提高行业竞争力以及企业效益具有重要意义。本文以东胜煤为主要研究对象,系统研究了溶胀过程的影响因素,溶胀处理对煤的物理化学结构以及直接加氢裂解活性的影响。 本文通过不同溶胀剂、温度、时间、促溶剂、煤岩组分、煤种以及原煤预处理方式等对煤溶胀行为的影响进行研究。结果发现原煤在极性溶胀剂的溶胀特性优于非极性溶胀剂,溶胀剂的官能团富电子性越强,越有利于溶胀。在一定范围内升高温度、延长时间、添加促溶剂均有利于煤的溶胀。镜质组的溶胀特性优于原煤,惰质组的溶胀特性最差。煤化程度越高越不利于溶胀行为。原煤经过酸、碱、氧化预处理均有利于煤的溶胀,酸氧化协同预处理对煤的溶胀率提高幅度最大,可使煤在乙醇胺溶胀剂中的溶胀率由2.27增加到2.67。利用红外光谱对溶胀煤的分析可知酸/碱处理使煤部分盐类官能团和醚键水解,部分不溶性无机氧化物和硫化物转变为可溶性的盐类物质;氧化处理使煤中部分羟基、羰基氧化成羧基,并且使煤中部分非共价键和有机分子侧链断裂。溶胀作用在红外光谱图中最明显的是氢键作用的羟基吸收峰减弱。扫描电镜测试结果表明溶胀处理后,煤的表面变得平滑,并且有裂纹,煤中小颗粒煤粒减少,说明溶胀剂对煤具有较好的溶融性。氮吸附测试结果表明,溶胀煤相对原煤的比表面积和总孔容增幅分别为4.703m2/g和0.171c m3/g。热重分析实验结果表明溶胀处理使煤在中低温条件下的热解速率明显提高。 对溶胀煤直接加氢裂解实验结果表明,溶胀处理有利于提高煤的加氢裂解转化率。原煤经过酸氧化协同预处理,对其溶胀煤加氢裂解活性提高幅度最大,其转化率增幅为6.14%,油气产率增幅为7.85%。溶胀对镜质组液化活性提高幅度为8.61%,对惰质组的增幅仅为3.75%。