發(fā)布時(shí)間：2018-06-03 04:15

  本文選題：煤基活性炭 + 物理活化　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：我國煤炭消耗量逐年遞增,其中70%以上用于直接燃燒,導(dǎo)致燃煤SO2污染與硫資源短缺形成了尖銳對比。根據(jù)燃煤電廠實(shí)際情況,分別以煤粉和鍋爐高溫?zé)釤煔鉃樵虾突罨瘹怏w,制備出煤基活性炭為吸附材料的干法脫硫技術(shù)可有效吸附污染物SO2并進(jìn)行資源化利用,具有廣闊發(fā)展前景。因此,研究低成本、高性能煤基活性炭材料的制備對該技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用具有重要價(jià)值。性能優(yōu)異的脫硫活性炭應(yīng)同時(shí)具有分級孔結(jié)構(gòu)和高比表面積。但在活化階段為提高比表面積而充分發(fā)展孔隙時(shí),則會(huì)造成顆粒表面嚴(yán)重?fù)p失,降低成孔效率,從而增加制備成本,而僅通過改變活化工況不能解決以上問題。因此,本文通過調(diào)控?zé)峤膺^程煤焦結(jié)構(gòu)演變,制備適宜后續(xù)活化的前驅(qū)體煤焦,從而改變活化過程孔隙生成及碳損失位置。針對“熱解過程煤焦結(jié)構(gòu)演變機(jī)制”、“空氣預(yù)氧化對煤焦結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制”、“鐵基催化劑對煤焦結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制”三個(gè)關(guān)鍵問題開展研究。在此基礎(chǔ)上,明確活化過程典型煤焦結(jié)構(gòu)與孔隙發(fā)展和碳損失的關(guān)系,并提出了煤焦結(jié)構(gòu)協(xié)同調(diào)控方法,提高了成孔效率。以霍林河褐煤、雞西煙煤、大同煙煤和晉城無煙煤為原料,在較寬溫度區(qū)間(≤1600℃)和慢速升溫條件下(8℃/min),首先研究煤階對煤焦結(jié)構(gòu)演變的影響。研究表明,在熱解低溫段(≤1000℃),煤焦理化結(jié)構(gòu)受煤種差異的影響較大,其中物理結(jié)構(gòu)主要受熱解過程中液相焦油的析出及揮發(fā)分的釋放影響,而化學(xué)結(jié)構(gòu)主要與塑性流動(dòng)及交聯(lián)、有序縮聚有關(guān)。在熱解高溫段(1000~1600℃),不同煤焦結(jié)構(gòu)變化規(guī)律相似。然后以便于調(diào)控結(jié)構(gòu)的雞西煙煤為原料,以不同升溫速率、熱解終溫和停留時(shí)間為影響因素,研究了熱處理?xiàng)l件對典型煤種結(jié)構(gòu)演變的影響。研究發(fā)現(xiàn),熱解終溫為800℃時(shí),熱解速率升高減弱了交聯(lián)縮聚反應(yīng),使顆�？紫对龆�,延長停留時(shí)間強(qiáng)化了交聯(lián)縮聚行為并生成更多微孔。在800℃下,慢速熱解焦活化后比表面積與燒失率的比值為12.37m2/(g·%),快速熱解焦經(jīng)活化后其比值為34.09 m2/(g·%),提高了成孔效率。在200℃空氣氣氛下對雞西脫灰煤進(jìn)行預(yù)處理,通過改變氧化時(shí)間研究空氣預(yù)氧化對煤焦結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),隨著氧化時(shí)間的增加,煤中脂肪結(jié)構(gòu)被選擇性燒失,生成更多穩(wěn)定的含氧結(jié)構(gòu),使煤大分子結(jié)構(gòu)更為開放。在氧化煤熱解過程中相比于塑性特征的減弱,含氧官能團(tuán)的斷裂與重組對煤焦理化結(jié)構(gòu)影響更顯著。不同熱穩(wěn)定性含氧官能團(tuán)促進(jìn)了氧化煤焦孔隙和大量活性位生成。在活化初期,氧化煤焦的豐富活性位強(qiáng)化了活化氣體對碳網(wǎng)平面的刻蝕,促進(jìn)了孔隙生成,但無法從根本上改變活化氣體與活性位的反應(yīng)路徑。48 h預(yù)氧化再熱解制備的煤焦,在活化后比表面積與燒失率比值為23.78 m2/(g·%)。通過負(fù)載不同含量Fe Cl3分析催化劑兩種催化路徑的競爭,研究鐵基催化劑在不同階段對煤焦結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),熱解過程中催化劑在顆粒內(nèi)分布形態(tài)影響其催化反應(yīng)。隨著負(fù)載量增加,催化劑由分散態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)聚態(tài),使催化裂解能力減弱,增強(qiáng)了催化石墨化能力。鐵基催化劑可改變活化氣體與原活性位的反應(yīng)路徑,持續(xù)促進(jìn)碳結(jié)構(gòu)無序轉(zhuǎn)變及碳網(wǎng)平面刻蝕生孔。負(fù)載3wt%Fe Cl3的熱解焦,經(jīng)活化后比表面積與燒失率比值為18.05 m2/(g·%)。在此基礎(chǔ)上,探究了煤焦結(jié)構(gòu)與孔隙演變及碳損失的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),煤焦孔隙影響活化氣體在顆粒內(nèi)擴(kuò)散從而改變孔結(jié)構(gòu)生成;煤焦碳結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變影響活化氣體對微晶刻蝕成孔,顆粒碳損失位置受以上兩個(gè)因素共同影響�；谝陨辖Y(jié)果,提出空氣預(yù)氧化同時(shí)負(fù)載鐵基催化劑協(xié)同調(diào)控煤焦結(jié)構(gòu)的方法。研究表明,熱解階段含氧官能團(tuán)改善FeCl3在顆粒內(nèi)的分布形態(tài),阻礙其向團(tuán)聚態(tài)的發(fā)展。活化階段鐵基化合物的存在抑制了原活性位的快速消耗,增強(qiáng)了活化氣體對微晶的刻蝕成孔能力。200℃空氣氧化15 h、負(fù)載3 wt%FeCl3的熱解煤焦,在活化燒失率為22.5%時(shí),比表面積已達(dá)到1274.64 m2/g,而比表面積與燒失率比值為56.65 m2/(g·%),脫硫性能實(shí)驗(yàn)表明,該活性炭具有較高的高脫硫性能。
[Abstract]:According to the actual situation of coal - fired power plant , coal - based activated carbon is used as raw material and activated gas to produce coal - based activated carbon . In this paper , the influence of coal rank on the evolution of coal char structure is studied . The effect of coal rank on the evolution of coal char structure is studied . In this paper , the relationship between the specific surface area and the burning loss ratio is 18.05 m2 / ( g 路 % ) . Based on the above results , the relationship between coal char structure and pore evolution and carbon loss is studied .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ424.11

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本文編號：1971437