电子束辐照与电化学还原联用- - -煤直接液化新方法的基础研究

提出一种有实用前景的电子束辐照与电化学还原联用的煤直接液化（煤制油）新方法，呈多学科交叉。本项目研究内容包括：煤电子束辐照方法与吸收剂量；稳定的电解质体系（溶剂，质子供体，导电介质）；高效稳定的阴极催化剂；高效稳定的电解质内（担载）催化剂；液化产物（沥青，全沥青，油等）的萃取、分离与分析方法等，并研究煤辐射降解的规律；阐明煤电解催化加氢还原的机理；提出该方法使煤直接液化的动力学模型。该方法比目前煤高温高压（>400摄氏度，氢气压力:10-30MPa）直接液化法有明显的反应条件温和，清洁，节能，安全，成本低的优点。该项目不仅对认识复杂稳定桥鍵大分子降解后电解还原的机理有重要的理论价值，而且对高效、清洁地综合利用我国煤炭资源，缓解石油供需矛盾以及国民经济可持续发展有着十分重要的战略意义。

煤是地球上储量最丰富的化石资源，也是当前我国的主要能源。针对我国“富煤、贫油、有气”的能源资源结构现状，煤炭液化技术作为一种煤炭综合利用的有效手段，不仅在制取高热值，高效燃料油方面有着重要应用，同时对国家的能源安全有着重要的战略意义。然而，传统的煤炭液化过程是在400℃的高温和10Mpa的高压下进行的，这些苛刻的条件对仪器设备的要求很高，并且造成了能量浪费，因此，我们提出对煤炭进行电解加氢液化的新方法。该方法有创新性，国内外还未见报道。主要研究内容和重要结果有:.1.用辐照与电化学还原联用的新方法提高煤炭液化率，煤在70℃常压下的液化率达到58%。除了液化产物（油，前沥青，沥青）外，阴极得到约80%H2，20%的烷烃（甲烷，乙烷，丙烷）以及少量的烯烃（乙烯，丙烯），阳极得到较纯的O2，这些气体产物也是可利用的能源，该新方法的综合效益较高。.2.利用机械合金化-粉末冶金法制备了Ni-Mo催化电极，具有制备方法简单、催化效率高、使用寿命长的特点。制备了以Co作为稳定剂的Ni-B-PVP/SiO2非晶态催化剂，所担载的非晶态Ni-B分散在SiO2载体上，可以大大提高煤炭电解加氢反应的催化性。该催化剂与Ni-Mo催化电极联用，煤的液化率达77.8%，已经可和传统的高温高压煤液化技术的液化率（约75%）相媲美。用该电极和催化剂在辐照条件下电解液化，预期液化率可达80%以上。.3.利用离子液体对煤进行预处理来改变煤的结构，进而提高电解效率：在众多选取的预处理溶剂中，1-丁基-3-甲基咪唑氯 ([Bmim]Cl) 展现出对煤最好的萃取和溶胀性能。在90℃混合2小时后，[Bmim]Cl对煤样的萃取率达到18.51% ，溶胀度达到1.73，这两个数据均为选取溶剂中最高。.4.设计了燃料电池型加氢液化装置，得到了液化工艺参数：温度70℃，煤浆浓度：1.0g/50mL，电流：-0.35A，煤浆流速：60r/min。.5.研究了煤电解液化的机理；离子液体溶胀煤的机理以及催化剂的催化机理。. 上述研究为煤制油（电解加氢直接液化）技术的实用化提供了理论基础。