發(fā)布時(shí)間：2020-06-04 15:42

【摘要】： 2G PFBC-CC和IGCC是有發(fā)展前途的兩種潔凈煤發(fā)電技術(shù),然而煤在氣化過(guò)程中產(chǎn)生的H_2S等含硫物質(zhì)不僅污染大氣,而且腐蝕設(shè)備,必須進(jìn)行凈化,同時(shí)性質(zhì)不穩(wěn)定的脫硫產(chǎn)物CaS也必須進(jìn)行穩(wěn)定處理。作為一項(xiàng)關(guān)鍵工藝,鈣基脫硫劑的脫硫及CaS氧化對(duì)于上述發(fā)電技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。以此為背景,本文在熱重分析儀上對(duì)鈣基脫硫劑(石灰石和白云石)還原態(tài)條件下的脫硫及其產(chǎn)物的氧化問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并在小型加壓噴動(dòng)流化床煤部分氣化裝置上進(jìn)行了模擬實(shí)際過(guò)程的石灰石脫硫試驗(yàn)。 在加壓熱重分析儀上進(jìn)行了H_2S與鈣基脫硫劑的硫化反應(yīng)以及CaS氧化反應(yīng)的試驗(yàn)研究,主要考察了幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)(如壓力、溫度、反應(yīng)氣濃度、顆粒粒徑、脫硫劑類型、氣體成分等)對(duì)反應(yīng)的影響,并提出了反應(yīng)的機(jī)理和數(shù)學(xué)模型。試驗(yàn)結(jié)果表明,在保持反應(yīng)氣體(H_2S或O2)摩爾含量不變的情況下,增加總壓,反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率隨之增加;保持反應(yīng)氣體分壓不變時(shí),增加總壓,反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率卻隨之減小。溫度對(duì)反應(yīng)影響較大。升高溫度,有利于反應(yīng)的進(jìn)行,但在較高溫度下雖然反應(yīng)較快,但也容易發(fā)生燒結(jié)導(dǎo)致反應(yīng)活性大幅降低。提高反應(yīng)氣體濃度,均有利于反應(yīng)速率的提高,且對(duì)反應(yīng)氣體分壓來(lái)說(shuō)為一級(jí)反應(yīng)。隨著脫硫劑粒徑的增加,反應(yīng)速率降低。反應(yīng)條件和脫硫劑類型對(duì)硫化反應(yīng)影響也很大。在CaCO3完全煅燒條件下,各種脫硫劑都有很高的脫硫效率;而在CaCO3非煅燒條件下,未煅燒的石灰石反應(yīng)能力較差,而半煅燒白云石則有很高的脫硫效率。此外,對(duì)脫硫劑煅燒和硫化這兩個(gè)實(shí)際氣化過(guò)程中不可分離的伴隨過(guò)程也進(jìn)行了試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)二者彼此都有影響。對(duì)于鈣基脫硫劑的硫化反應(yīng)以及CaS的氧化反應(yīng),在反應(yīng)的初始階段,受表面化學(xué)反應(yīng)控制,而在反應(yīng)后期,主要受通過(guò)致密產(chǎn)物層的固態(tài)離子擴(kuò)散控制。引入分形維數(shù)的概念對(duì)傳統(tǒng)反應(yīng)模型進(jìn)行了改進(jìn),初步建立了分形未反應(yīng)收縮核模型和分形微粒模型,試驗(yàn)也證實(shí)了模型的適用性。 首次將熱重分析-傅立葉變換紅外(FTIR)聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用到CaS氧化反應(yīng)中,應(yīng)用FTIR分析技術(shù),對(duì)反應(yīng)固體產(chǎn)物成功地進(jìn)行了定性和定量分析。對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行的SEM-EDS分析也證實(shí),在CaS氧化過(guò)程中,高于870℃時(shí),發(fā)生CaS與CaSO4的固固反應(yīng)。首次在加壓條件下對(duì)CO_2與CaS之間的反應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,應(yīng)用FTIR和煙氣分析儀等手段對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定量分析,發(fā)現(xiàn)由于CO2含量的不同,生成的反應(yīng)產(chǎn)物也不同。對(duì)不同反應(yīng)程度的脫硫產(chǎn)物的氧化試驗(yàn)表明,隨著脫硫劑硫化程度(即S/Ca)的增加,其氧化率反而減小。 此外,還研究了不同反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)物表面分形維數(shù)的影響以及分形維數(shù)對(duì)樣品反應(yīng)特性的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),煅燒條件和顆粒粒徑對(duì)樣品的分形維數(shù)影響較大。一般說(shuō)來(lái),分形維數(shù)大的樣品,反應(yīng)性能也好。 在0.1MWth加壓噴動(dòng)流化床煤部分氣化裝置上進(jìn)行了模擬實(shí)際過(guò)程的石灰石脫硫試驗(yàn)。結(jié)果表明:隨著壓力(0.1-0.3MPa)、溫度(844-918℃)以及Ca/S(2-3)的增加,脫硫效率也隨之增加,本試驗(yàn)脫硫效率最高可達(dá)90%。試驗(yàn)結(jié)果證明了2G PFBC-CC系統(tǒng)中利用石灰石作為脫硫劑進(jìn)行煤氣化還原脫硫工藝路線的可行性。 除了試驗(yàn)研究以外,還利用ASPEN PLUS軟件定量描述了鈣基脫硫劑的硫化以及CaS氧化過(guò)程中各組分之間可能發(fā)生的反應(yīng),了解氣體成分對(duì)反應(yīng)的影響程度,模擬預(yù)測(cè)在趨勢(shì)上與試驗(yàn)結(jié)果有較好的一致性,為試驗(yàn)研究提供了方向性的指導(dǎo)。考慮到坩鍋對(duì)熱重分析試驗(yàn)的影響,利用Fluent計(jì)算軟件對(duì)不同類型的坩鍋的流場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)底面開(kāi)孔的坩鍋?zhàn)钣欣诜磻?yīng)氣體與固體反應(yīng)物之間的傳質(zhì)。基于這樣的結(jié)果,本試驗(yàn)所用坩鍋采用了Pt絲網(wǎng)編織而成的底面和側(cè)面均多孔的設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：X701.3

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李小敏;流化床氣化條件下煤灰低熔點(diǎn)共融物形成特性[D];浙江大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：2696603