煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和戰(zhàn)略原料,煤炭清潔高效利用是國家重大需求。碳黑是煤炭利用過程中的常見副產(chǎn)物,小分子熱解氣體和煤焦油等在缺氧條件下極易生成碳黑顆粒,一方面會導(dǎo)致煤利用過程中碳轉(zhuǎn)化率降低,另一方面,由于碳黑顆粒尺寸小,反應(yīng)性差,易隨尾氣進入大氣中,對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生危害,因此研究煤利用過程中碳黑的生成機理和反應(yīng)特性意義重大。本文的目的在于,通過對典型煤種熱解過程中碳黑生成機理和碳黑氣化/氧化規(guī)律的深入研究,為煤炭利用過程中抑制碳黑生成和促進碳黑轉(zhuǎn)化提供理論支撐,促進煤炭的清潔高效利用。本文以中國常用煤種神府煙煤為研究對象,考察了熱解氣氛(N2和CO2)、熱解溫度及停留時間等對煤顆�？焖贌峤膺^程的影響;使用高分辨率透射電鏡(HRTEM)、紅外光譜分析儀(FT-IR)、X射線衍射儀(XRD)及拉曼光譜分析儀(Raman)等研究手段對快速熱解碳黑性質(zhì)進行表征,系統(tǒng)探究了煤熱解碳黑和對照樣品的氣化/氧化模式及結(jié)構(gòu)變化;基于煤熱解碳黑的透射電鏡圖像和理化性質(zhì)建立了碳黑顆粒結(jié)構(gòu)模型,并對碳黑顆粒的氧化過程進行了模擬。(1)設(shè)計建立了一套可調(diào)節(jié)停留時間(0～774 ms)的快速熱解實驗裝置,研究...

【文章頁數(shù)】：179 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 研究背景及目標
    1.2 主要研究內(nèi)容
    1.3 創(chuàng)新點
第2章 文獻綜述
    2.1 煤氣化過程
        2.1.1 煤炭的熱解過程
        2.1.2 煤焦的氣化過程
    2.2 碳黑生成過程
        2.2.1 煤熱解過程碳黑生成機理
        2.2.2 碳黑生成過程結(jié)構(gòu)變化
    2.3 碳黑氧化過程
        2.3.1 氧化機理概論
        2.3.2 氧化動力學(xué)
        2.3.3 氧化過程碳黑結(jié)構(gòu)變化
    2.4 碳黑分析測試方法
        2.4.1 離線檢測方法
        2.4.2 原位檢測方法
        2.4.3 碳黑分離方法
    2.5 碳黑顆粒模型
    2.6 本章小結(jié)
第3章 熱解氣氛對快速熱解煤焦生成的影響
    3.1 實驗部分
        3.1.1 實驗樣品
        3.1.2 快速熱解實驗裝置
        3.1.3 熱解產(chǎn)物收集方法
        3.1.4 煤焦樣品及熱解氣分析方法
    3.2 熱解氣氛對快速熱解過程的影響
        3.2.1 熱解氣氛對熱解煤焦的影響
        3.2.2 熱解氣氛對熱解氣體的影響
        3.2.3 熱解氣氛對煤焦化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
    3.3 熱解氣氛對快速熱解碳黑生成的影響
        3.3.1 碳黑生成量
        3.3.2 碳黑元素分析
        3.3.3 碳黑形貌
        3.3.4 碳黑微觀結(jié)構(gòu)
        3.3.5 碳黑片層結(jié)構(gòu)缺陷
        3.3.6 碳黑氣化反應(yīng)性分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 碳黑氣化過程分析
    4.1 實驗部分
        4.1.1 實驗樣品
        4.1.2 氣化裝置
        4.1.3 樣品性質(zhì)表征
    4.2 氣化過程碳黑形貌變化
    4.3 氣化過程碳黑微觀結(jié)構(gòu)變化
    4.4 氣化過程碳黑真密度變化
    4.5 氣化過程中碳黑孔隙結(jié)構(gòu)演變
    4.6 氣化反應(yīng)特性
    4.7 本章小結(jié)
第5章 碳黑氧化過程分析
    5.1 實驗部分
        5.1.1 實驗樣品
        5.1.2 氧化裝置
        5.1.3 樣品性質(zhì)表征
    5.2 氧化過程形貌變化
    5.3 顆粒尺寸變化
    5.4 氧化過程微觀結(jié)構(gòu)變化
    5.5 氧化過程孔隙結(jié)構(gòu)變化
    5.6 氧化過程真密度變化
    5.7 本章小結(jié)
第6章 碳黑顆粒結(jié)構(gòu)模型及氧化過程模擬
    6.1 建模方法
        6.1.1 實驗樣品
        6.1.2 Material Studio軟件
        6.1.3 模型外部結(jié)構(gòu)描述
        6.1.4 模型內(nèi)核結(jié)構(gòu)建立過程
    6.2 模型結(jié)果
    6.3 碳黑顆粒模型氧化過程模擬
    6.4 氧化過程模擬結(jié)果
    6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
附錄
    附錄1
    附錄2
    附錄3
    附錄4
    附錄5
    附錄6
    附錄7
    附錄8
參考文獻
致謝
博士期間工作成果與獲獎



本文編號：3819192