准东煤热解过程中羧酸钠的转化及其对热解特性的影响

发布时间：2016-12-16 08:36

  本文关键词：准东煤热解过程中羧酸钠的转化及其对热解特性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2015年

准东煤热解过程中羧酸钠的转化及其对热解特性的影响

吴东阳  

【摘要】：我国是世界能源最大的生产国和消费国,煤炭剩余储量可供开采的年限逐年大幅度降低。新疆准东煤田目前累计探明资源储量达2136亿吨,可为我国煤炭供应提供安全保障。但准东煤中钠含量高,在煤燃烧和热转化过程中钠容易挥发并沾污在尾部设备受热面上,影响设备的正常运转;另一方面,碱金属钠对煤的热解和气化过程存在催化作用,而且随钠的赋存形态变化催化效果有很大差异。钠的赋存形态可在煤热利用过程中发生转化,所以研究煤中碱金属钠的形态转化及其对热解特性的影响有利于煤的优化利用。相比于煤中的水可溶钠,有机钠具有更高的催化活性,而羧酸钠是准东煤中有机钠的主要存在形式,因此,本文主要侧重于研究羧酸钠在准东煤热解过程中的转化及其对准东煤热解特性的影响。本文在水平管式加热炉上对准东原煤、酸洗煤(H-form煤)、钠离子交换煤(Na-form煤)和二次酸洗煤(H-form-1煤)进行不同温度的热解,并借助便携式气体分析仪、热重分析仪和傅里叶变换红外光谱仪研究热解产物的成分、焦炭的反应性以及焦炭内官能团的变化。随着热解温度的升高,煤中羧酸钠逐渐向水溶态钠转化,而盐酸可溶钠组分基本维持不变。羧酸钠对热解总挥发分产量的影响较小,但羧酸钠对高温下热解焦油的产量有抑制作用,并且在700℃时抑制作用最为明显。对于不同的气态产物,煤中羧酸钠的促进或抑制作用随温度发生变化。在低于700℃时,煤中羧酸钠抑制了热解产物CO的释放;而在高于800℃时,则促进了CO的释放。在较低温度下,煤中羧酸钠能促进CH4的生成;在温度高于500℃时,则对CH4的生成起抑制作用。在600℃~700℃,C2H4释放量增加,归因于一部分C2H6的脱氢反应;当温度达到900℃时,大量C2H4和C2H6发生脱氢反应生成C2H2,导致C2H4产量大幅度降低,而C2H6产量趋近于零。在水平管式加热炉上开展了Na-form煤500℃、700℃和900℃快速热解实验,并采用热重分析仪检测焦炭的反应活性。结果表明,热解焦炭的反应活性均随转化率的增加呈现先增加后降低的趋势,其中700℃热解焦的活性最大。随热解温度的增加,焦炭中芳香结构、脂肪结构和含氧官能团的种类及含量均逐渐降低。在不同温度下热解时Na-form煤/焦中官能团之间存在相互转化行为,结合焦炭中官能团的分析可知对于活性起催化作用的可能是脂肪类物质。将H-form和Na-form煤按不同方式混合(分层平铺和均匀混合),并在500℃和900℃下快速升温热解,初步探索挥发分与焦炭的相互作用。研究表明,500℃下两种处理方式对煤在热解过程中CO的释放影响较小,但900℃下分层平铺方式明显促进了CO的释放。表明在高温下挥发分与焦炭之间的相互作用更加显著,而且Na的存在明显促进了这种相互作用,使下层H-form煤裂解生成的大分子挥发分进一步裂解为小分子挥发分。此外,在流化床/固定床上开展实验来进一步研究挥发分与焦炭反应的机理及其对钠释放的影响。研究结果表明氢自由基取代了焦炭基质中的钠从而导致钠的大量释放。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ530.2
【目录】：

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