煤液化条件下铁系催化剂的相变

吴艳^1,2，赵鹏^1,2，毛学锋^1,2

1. 煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院2. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

摘 要：为研究煤液化催化剂的作用机制和活性相调控原理,通过X射线粉末衍射、饱和磁化强度及SEM扫描电镜等分析手段,对Fe₂O₃在煤液化条件下的相变过程进行了研究。在煤液化产物四氢呋喃不溶物样品中鉴别出部分Fe₂O₃残留且未发现FeS₂,可知体系中S元素不足;因H元素充足,部分Fe₂O₃被还原为Fe₃O₄。温度条件实验结果显示:400℃时,Fe₂O₃已被硫化生成两种晶形的Fe₇S₈（单斜晶系和三方晶系）,且部分Fe₇S₈脱硫生成六方晶系的Fe₉S₁₀,Fe_0.95S;当温度升高至420℃和440℃,部分磁黄铁矿继续脱硫生成六方晶系陨硫铁FeS。时间条件试验显示在420℃下,当反应时间为0 min时,体系中Fe₇S₈脱硫生成Fe₉S₁₀的速度低于Fe₉S₁₀分解速度,所以在XRD谱图中未发现Fe₉S₁₀的谱峰。随反应时间延长,体系中的亚铁磁性Fe₇S₈匀速分解生成S/Fe原子比更低的磁黄铁矿,当反应时间为90 min时,生成了较多稳定的FeS,此时催化剂促进沥青质加氢裂化的能力下降,煤液化的油收率下降,沥青质产率增加。SEM照片显示体系中出现了长条状的大分子缩聚物。反应气氛实验表明,在氮气和氢气气氛下生成了同样种类的铁硫化物,但氮气气氛下生成的Fe₇S₈较少。

关键词：煤直接液化;铁系催化剂;相变;