煤热解与气化反应性的研究

发布时间：2017-03-31 04:18

  本文关键词：煤热解与气化反应性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 中国是世界上最大的煤炭生产和消费国之一，能源结构以煤炭为主的局面在今后几十年内不会有根本改变。目前中国的煤炭利用主要形式是直接燃烧，，造成中国的煤炭利用效率低，环境污染严重。为此，中国从20世纪90年代开始大力推广洁净煤技术，其中煤气化技术是重要的核心技术。煤气的热能利用效率高，污染少，便于运输和利用，得到广泛应用。而考察硫元素在热解和气化等转化过程中的变迁规律将有助于脱硫工艺的开发和完善，降低污染，保护环境。本论文选取“煤热解与气化反应性的研究”作为研究课题，用固定床反应器对三种煤进行热解实验研究，分析了热解过程中气态产物的分布，并借助非等温热重技术对煤的热解反应性进行了研究，从而取得相关的动力学参数，以期为进一步的基础理论研究提供参考；通过固定床和流化床反应器分析了煤焦与水蒸汽和二氧化碳气化介质的反应性，对煤焦在CO_2气氛下的反应进行了动力学分析；实验还对热解和气化过程中硫的逸出规律进行了研究。 热解实验结果表明： (1)煤的热解反应分三个阶段进行，相同热解条件下随着煤阶的增高，TG和DTG曲线逐渐向高温区移动，热解各阶段的失重量逐渐减少，随着最大失重温度的增加，煤的热解反应性减小；且由于热解各阶段反应机理和历程的不同，取得的动力学参数也有所不同，其活化能值介于8.93—72.23kJ／mol之间，进行理论值与实验值的对比之后，发现两者相关性较好。 (2)由于煤中含有化学键和结构官能团的不同，在热解过程中，随着热解温度的变化，不同煤种气态产物的分布不同，其CO和CO_2的生成量与煤中的氧含量有关，而生成的含氢气态产物的逸出量与煤中H／O原子比有很大的关系。 (3)热解过程中煤中的硫主要以H_2S和少量COS的形式逸出到气相，生成含硫气体的量与煤中含硫量密切相关。把煤经过脱灰处理后，考察了酸处理前后热解过程中硫的变迁规律，发现原煤中硫的逸出量较脱灰后有显著降低，这是原煤中碱性矿物质的固硫作用引起的。 气化实验结果表明： (1)在水蒸汽气化和CO_2气化反应过程中，三种煤的气化反应性大小为伊泰煤焦＞灵石煤焦＞河津煤焦，三种煤的气化反应性与三种煤在热解过程中的反应性相同，这主要是由三种煤的煤阶决定的，相同条件下，低阶煤的热解和气化反应性均高于高阶煤；在900—1100℃范围内，随着温度的升高，煤焦的气化反应性随之提高，同时根据在反应过程中碳转化率与时间的关系发现水蒸汽气化的效果明显好于CO_2的气化效果。 (2)煤焦在两种气氛下的硫逸出规律有很大的差异，在CO_2气氛下气化，硫大部分以COS的形式逸出到气相，仅有极少量的H_2S气体逸出，而在水蒸汽气氛下气化，生成的全部是H_2S气体，没有检测到COS的生成。 (3)根据煤焦在CO_2气化过程中碳转化率与时间的关系，分别用均相反应模型与未反应缩芯模型求取反应速率常数k，再通过拟合出的反应速率常数k与反应温度的关系分别求取了反应的活化能Ea和指前因子A，并用两种模型求得的k模拟碳转化率与时间的关系，进行理论值与实验值的比较，发现相关性较好。
【关键词】：热解 气化 气态产物 硫逸出规律
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ530.2;TQ541
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 文献综述与选题12-32
• 1.1 发展煤气化技术的必要性12-15
• 1.1.1 煤炭在能源中的地位12-13
• 1.1.2 煤炭气化的意义13-15
• 1.1.3 煤气化技术的研究现状15
• 1.2 煤的热解与焦的气化反应15-24
• 1.2.1 煤的大分子结构16-17
• 1.2.2 煤的热解机理及其影响因素17-19
• 1.2.2.1 煤的热解机理17-18
• 1.2.2.2 煤的热解过程18
• 1.2.2.3 煤热解的影响因素18-19
• 1.2.3 煤焦的气化反应机理及其影响因素19-24
• 1.2.3.1 煤炭气化的基本反应19-20
• 1.2.3.2 煤气化反应机理20-21
• 1.2.3.3 煤炭气化的反应历程21-22
• 1.2.3.4 气化反应的主要影响因素22-23
• 1.2.3.5 煤中矿物质对气化反应性的影响23-24
• 1.3 煤转化中硫的变迁规律24-30
• 1.3.1 煤中硫的分布与形态25-26
• 1.3.2 煤热解过程中硫的变迁规律26-28
• 1.3.2.1 煤中无机硫的转化26-27
• 1.3.2.2 煤中有机硫的转化27-28
• 1.3.3 气化过程中硫的变迁规律28-29
• 1.3.3.1 气化过程中无机硫的转化28-29
• 1.3.3.2 气化过程中有机硫的转化29
• 1.3.4 矿物质对煤热解过程中硫变迁规律的影响29-30
• 1.4 选题的目的及研究内容30-32
• 第二章 试验装置与测试方法32-40
• 2.1 煤样的选取与制备32-34
• 2.1.1 煤种的选取与分析32-33
• 2.1.2 煤样的酸处理33-34
• 2.2 实验装置及实验过程34-37
• 2.2.1 固定床反应器34-35
• 2.2.2 流化床反应器35-36
• 2.2.3 热重实验36-37
• 2.2.3.1 热重法简介36
• 2.2.3.2 热重实验装置36-37
• 2.3 产物分析37-40
• 2.3.1 气体成分分析37-38
• 2.3.2 工业分析38
• 2.3.3 元素分析38-40
• 第三章 煤热解特性的研究40-54
• 3.1 实验条件与装置40
• 3.2 实验结果与讨论40-53
• 3.2.1 温度对煤热解的影响40-43
• 3.2.2 煤化程度对煤热解的影响43-44
• 3.2.3 不同煤种在相同热解条件下热解曲线特征参数的比较44-46
• 3.2.4 煤热解动力学的研究46-53
• 3.2.4.1 热分析动力学方程46-51
• 3.2.4.2 动力学结果的检验51-53
• 3.3 结论53-54
• 第四章 煤热解过程中气态产物的分布及硫的逸出规律54-70
• 4.1 实验装置54
• 4.2 结果与讨论54-63
• 4.2.1 热解过程中 CO和 CO_2的逸出规律54-56
• 4.2.2 热解过程中 H_2的逸出规律56-57
• 4.2.3 热解过程中 C_1-C_3烃类气体的逸出规律57-60
• 4.2.4 热解过程中硫元素的逸出规律60-63
• 4.3 矿物质对热解过程中硫逸出规律的影响63-67
• 4.3.1 H_2S气体的逸出规律63-65
• 4.3.2 COS气体的逸出规律65-67
• 4.4 结论67-70
• 第五章 煤焦气化反应性的研究70-84
• 5.1 三种煤焦气化反应性的差异70-73
• 5.2 水蒸汽气化过程中煤焦的气化反应性73-75
• 5.3 不同气氛下煤焦的气化反应性75-76
• 5.4 CO_2气化过程中硫的逸出规律76-77
• 5.5 水蒸汽气化过程中硫的逸出规律77-78
• 5.6 煤焦 CO_2气化动力学的研究78-83
• 5.6.1 三种煤焦的气化动力学79-82
• 5.6.2 动力学结果的检验与模拟82-83
• 5.7 结论83-84
• 第六章 论文结论及对今后工作的建议84-87
• 6.1 论文的主要结论84-85
• 6.2 对今后工作的建议85-87
• 参考文献87-92
• 发表论文92-93
• 致谢93

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