【摘要】：燃煤排放的SO_2是引起大氣污染的重要原因,因此煤中硫的脫除是潔凈煤研究的重要課題。本論文以提高煤熱解脫硫率和焦油產(chǎn)率為目標(biāo),主要研究了熱解和加氫熱解過程中硫的變遷規(guī)律和礦物質(zhì)對熱解脫硫的影響,歸納了影響煤熱解脫硫效率的幾個(gè)主要問題。針對這些問題,探討了三種新的熱解脫硫過程。論文具體的研究內(nèi)容和取得的研究結(jié)果包括: 1.以神府煤和霍林格勒煤為例,在熱重分析儀上考察了煤中礦物質(zhì)以及三種外加礦物質(zhì)Al_2O_3、CaO和K_2CO_3對煤熱解反應(yīng)性和動(dòng)力學(xué)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:煤的內(nèi)在礦物質(zhì)對煤的熱解轉(zhuǎn)化影響不大;對于高灰煤,由于煤中礦物質(zhì)本身的熱分解,原煤的熱解轉(zhuǎn)化率比脫灰煤略高。所研究的三種外加礦物質(zhì)對煤熱解轉(zhuǎn)化有催化作用,催化特性與礦物質(zhì)種類和煤本身性質(zhì)有關(guān)。外加礦物質(zhì)可改變煤熱解的特征溫度并降低煤熱解的活化能。 2.在加壓固定床上研究了礦物質(zhì)對義馬煤熱解和加氫熱解產(chǎn)物分布規(guī)律以及不同形態(tài)硫轉(zhuǎn)化的影響。研究發(fā)現(xiàn),在氮?dú)鈿夥障聼峤?煤中的礦物質(zhì)對煤本身的大分子碳骨架裂解沒有影響,不能改變煤的熱解轉(zhuǎn)化率,但可催化初級揮發(fā)分為氣態(tài)小分子,減少焦油收率,即改變初級揮發(fā)分在氣液相中的分配;在氫氣氣氛下熱解,煤中的礦物質(zhì)對煤的整個(gè)熱解過程都有催化作用。研究結(jié)果表明,煤中堿性礦物質(zhì)的固硫作用、黃鐵礦分解不徹底,以致形成難以分解的FeS滯留于半焦,以及黃鐵礦硫向有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化是影響煤熱解脫硫效率提高的三個(gè)主要問題。 3.探討了在煤中添加KOH/NaOH熱解并結(jié)合水洗的兩步法熱解脫硫過程。試驗(yàn)結(jié)果表明:在高硫煤中加入一定量的KOH或NaOH和煤共熱解,使煤中的硫盡可能轉(zhuǎn)化為易溶于水的鉀鹽或鈉鹽,然后對半焦水洗,這種兩步法脫硫過程可以大幅度提高煤熱解和加氫熱解脫硫率,明顯降低半焦的硫含量。義馬煤和兗州煤添加10%的KOH或NaOH時(shí),在600℃的熱解和加氫熱解脫硫效率可以達(dá)到70～80%,半焦硫含量可降低到原煤的三分之一左右。在該過程中,氫氣在提高脫硫效率方面的優(yōu)勢并不十分明顯,因此無需采用加氫熱解。 4.研究了在熱解氣氛中添加部分乙烯對熱解脫硫的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在熱解反應(yīng)過程中,通過添加乙烯作為含硫化合物(主要是H_2S、單質(zhì)硫聚合物等)的俘獲劑,可以抑制二次固硫反應(yīng),提高煤的熱解半焦產(chǎn)率和脫硫率,降低半焦含硫量。乙烯對煤熱解脫硫提高的效果與煤本身的性質(zhì)以及煤中硫的形態(tài)有關(guān)。
【圖文】：

水、COZ、CO、高級烴、低級烴和氫。這種順序并不是十分精確的，在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)是互相重疊的。圖1.1是煤熱解過程及發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)示意圖[8]。從圖中看出，煤的熱解過程包括兩個(gè)基本步驟:第一步是煤發(fā)生熱分解，大分子碎裂，主要反應(yīng)是自由基形成。自由基的聚合一縮聚形成焦炭，自由基的穩(wěn)定產(chǎn)生初級揮發(fā)分;第二步是初級揮發(fā)分?jǐn)U散到氣相，在這期間揮發(fā)份將發(fā)生二次反應(yīng)。二次反應(yīng)主要有初級揮發(fā)分裂解為小分子的烴類和氣體，還有初級揮發(fā)分之間發(fā)生脫氣反應(yīng)，重新聚合為焦炭。二次反應(yīng)對最終熱

壓力對熱解和加氫熱解產(chǎn)物分布的影響實(shí)驗(yàn)是在反應(yīng)溫度為600℃，，氮?dú)饣驓錃饬魉?.SL/mni，終溫停留時(shí)間為3Omni的條件下進(jìn)行。從圖3.16a可以看出，在熱解過程中，熱解水隨壓力變化不大，壓力由O.IMPa增加到2.OMPa，半焦收率由74.3%增加到76.3%，而焦油和氣體產(chǎn)率分別降低1%左右。壓力的增加將增加傳質(zhì)阻力，抑制揮發(fā)份從煤顆粒中的逸出，增加其重新聚合成半焦的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致了半焦收率增加、焦油和氣體產(chǎn)率下降。從圖3.16b可以看出，在加氫熱解過程中，壓力的增加明顯增加焦油的產(chǎn)率，降低半焦收率。當(dāng)壓力由O.IMPa增加到.2OMPa時(shí)，焦油產(chǎn)率由.93%上升到14.0%
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TQ530.2;X701.3

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本文編號：2689812