本文關(guān)鍵詞：準(zhǔn)東煤熱解及氣化反應(yīng)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：準(zhǔn)東煤田是新疆煤炭資源最為富集的地區(qū),是我國乃至世界上最大的整裝煤田。準(zhǔn)東煤中堿金屬鈉元素含量較高,是國內(nèi)少見的高鈉煤。近年來,隨著準(zhǔn)東煤的大規(guī)模開發(fā)利用,準(zhǔn)東煤中堿金屬鈉引發(fā)的沾污及粘結(jié)等問題受到普遍關(guān)注。為提高準(zhǔn)東煤炭資源的綜合利用率,需加強(qiáng)對準(zhǔn)東煤的高效潔凈利用技術(shù)的研究和開發(fā)。煤熱解、氣化技術(shù)是重要的潔凈煤技術(shù),能有效的提高煤炭的利用效率、減少煤炭利用過程中的污染物排放、便于產(chǎn)品的輸送和后續(xù)利用。循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)是成熟的煤炭利用技術(shù)。本課題基于循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)特點(diǎn),以新疆準(zhǔn)東高鈉煤為研究對象,研究了準(zhǔn)東煤的熱解特性及快速熱解中堿金屬鈉的遷徙規(guī)律,考察了準(zhǔn)東煤焦的氣化反應(yīng)特性,并與其他煤種的氣化反應(yīng)性進(jìn)行了對比。采用熱重-質(zhì)譜-紅外(TG-MS-FTIR)聯(lián)用實(shí)驗(yàn)平臺,研究了升溫速率、粒徑對準(zhǔn)東煤失重特性以及H2、CH4、CO、CO2等氣體釋放特性的影響,采用多種煤熱解動力學(xué)模型對準(zhǔn)東煤熱解特性數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,計(jì)算了準(zhǔn)東煤的熱解動力學(xué)參數(shù)。研究表明：準(zhǔn)東煤熱解最大失重速率在450-470℃之間,熱解氣析出起始溫度的大小順序?yàn)镃H4=CO2COH2, F2模型可以較好的擬合準(zhǔn)東煤的熱解過程。考察了逐級萃取、高溫灰化、低溫灰化、直接消解四種前處理方式對準(zhǔn)東煤中鈉含量檢測的影響,獲得了準(zhǔn)東煤中鈉及相關(guān)元素的含量及分布規(guī)律,進(jìn)而在水平管式爐上進(jìn)行了準(zhǔn)東煤的快速熱解特性實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)考察了熱解溫度和熱解時間的影響,同時借助X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡-X射線能譜分析儀(SEM/EDX)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-OES)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、氣體吸附儀等多種分析方法表征了熱解條件對煤焦結(jié)構(gòu)及鈉的遷徙特性的影響。結(jié)果表明：575℃低溫灰化是一種簡單、快捷、準(zhǔn)確測量煤中鈉元素的前處理方法,準(zhǔn)東煤中70%以上的鈉元素為水溶性鈉,熱解溫度對準(zhǔn)東煤焦中鈉元素的含量有重要的影響,熱解溫度和熱解時間影響煤焦的孔隙結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)、芳香結(jié)構(gòu)等。利用熱重分析儀研究了熱解溫度、熱解時間、升溫速率、氣化溫度、氣化氣氛等對準(zhǔn)東煤焦氣化反應(yīng)特性的影響,并利用分布活化能模型(DAEM)計(jì)算了煤焦氣化反應(yīng)活化能。結(jié)果表明,與熱解溫度相比,氣化溫度較顯著的影響煤焦氣化反應(yīng)速率。氣化溫度從850℃升到1050℃,氣化反應(yīng)速率最大值增加了三十多倍。與煤焦C02氣化相對,水蒸氣對煤焦氣化反應(yīng)有促進(jìn)作用,且低溫時水蒸氣效果更明顯,煤焦氣化反應(yīng)活化能隨碳轉(zhuǎn)化率的增大而增加。煤的氣化反應(yīng)特性除了與熱解、氣化條件有關(guān)外,還與原煤自身的特性有關(guān)。結(jié)合循環(huán)流化床煤氣化工程項(xiàng)目,利用熱重分析儀考察了煤種、氣化溫度對煤焦C02氣化反應(yīng)的影響,并利用隨機(jī)孔模型(RPM)和分布活化能模型(DAEM)對煤焦氣化反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了擬合。研究表明,氣化溫度對氣化活性較差煤焦的影響更顯著,在循環(huán)流化床煤氣化溫度范圍內(nèi),隨機(jī)孔模型能較好的擬合煤焦C02氣化反應(yīng)速率隨碳轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。本論文全面系統(tǒng)的研究了準(zhǔn)東煤的慢速熱解、快速熱解、煤焦中鈉元素含量、煤焦的結(jié)構(gòu)、煤焦的氣化反應(yīng)特性,研究可為準(zhǔn)東煤的循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用提供參考。
【關(guān)鍵詞】：準(zhǔn)東煤 熱解 氣化 熱重分析 循環(huán)流化床
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ530.2;TQ541
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 符號表9-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 課題的背景及意義14-15
• 1.2 煤熱解及氣化研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 煤熱解研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.2 煤氣化研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3 煤熱解、氣化過程中堿金屬的遷徙規(guī)律22-25
• 1.3.1 煤中堿金屬的存在形式22-23
• 1.3.2 煤熱解過程中堿金屬的遷徙規(guī)律23-24
• 1.3.3 煤氣化過程中中堿金屬的遷徙規(guī)律24-25
• 1.4 選題依據(jù)和研究內(nèi)容25-27
• 第二章 準(zhǔn)東煤TG-MS-FTIR熱解實(shí)驗(yàn)研究27-43
• 2.1 引言27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分27-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品27-28
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置和方法28-29
• 2.2.3 MS和FTIR信號選擇29-31
• 2.3 動力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法31-33
• 2.3.1 熱解動力學(xué)31-32
• 2.3.2 氣體熱解動力學(xué)分析32-33
• 2.4 結(jié)果和分析33-41
• 2.4.1 熱失重特性33-35
• 2.4.2 熱解氣體的析出規(guī)律35-37
• 2.4.3 煤熱解動力學(xué)分析37-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第三章 準(zhǔn)東煤快速熱解特性研究43-59
• 3.1 引言43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-47
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品43-44
• 3.2.2 試驗(yàn)試劑、儀器及方法44-47
• 3.3 結(jié)果和討論47-57
• 3.3.1 準(zhǔn)東煤中鈉及相關(guān)元素的含量及分布規(guī)律47-49
• 3.3.2 熱解溫度對準(zhǔn)東煤焦中鈉元素的遷徙的影響49-50
• 3.3.3 煤焦結(jié)構(gòu)的表征50-57
• 3.4 本章小結(jié)57-59
• 第四章 準(zhǔn)東煤焦氣化反應(yīng)特性59-73
• 4.1 引言59
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分59-60
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品59-60
• 4.2.2 煤焦氣化反應(yīng)60
• 4.2.3 樣品測試及分析方法60
• 4.3 數(shù)據(jù)處理和樣品60-61
• 4.4 結(jié)果和分析61-71
• 4.4.1 氣化條件對煤焦氣化的影響61-67
• 4.4.2 熱解條件對氣化反應(yīng)的影響67-70
• 4.4.3 煤焦氣化反應(yīng)動力學(xué)70-71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 第五章 準(zhǔn)東煤與其他煤種氣化反應(yīng)性對比研究73-83
• 5.1 引言73
• 5.2 實(shí)驗(yàn)73-75
• 5.2.1 煤焦制備73-74
• 5.2.2 煤焦氣化反應(yīng)74-75
• 5.3 結(jié)果和討論75-81
• 5.3.1 煤種對氣化反應(yīng)的影響75-77
• 5.3.2 氣化溫度煤焦氣化反應(yīng)的影響77-79
• 5.3.3 煤焦氣化反應(yīng)動力學(xué)79-81
• 5.4 結(jié)論81-83
• 第六章 結(jié)論與展望83-85
• 6.1 結(jié)論83-84
• 6.2 未來工作展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果92-93
• 參與科研課題93-94
• 致謝94

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：316415