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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