微波热解对煤炭中汞脱除的实验研究

发布时间：2020-06-28 04:53

【摘要】：中国是世界上最大煤炭生产国和消费国,由燃煤引起的大气汞排放问题受到全社会的极大关注。原煤燃烧前低温热解脱汞,不但能脱除煤中的汞,而且具有节约成本、同时能去除煤中的水分和其他有害元素,具有从源头上控制污染的意义。本课题致力于开发煤炭微波低温热解脱汞技术,选取BY5、BY23、FH、SH和CLS五个煤样作为主要研究对象,通过分析煤中汞的赋存形态,基于实验室热解实验,研究不同热解温度、升温速率、微波功率随停留时间对煤中汞的迁移转化的影响,结合热解过程中的释放形态对微波热解煤炭脱汞的机理进行探讨。通过X射线能谱(XRD)对五种煤中矿物成分检测,采用BCR逐级化学提取的方法定量分析煤中汞的赋存形态,实验结果表明,高岭石、石英、黄铁矿和方解石作为煤中常见的矿物成分,几乎存在于所有煤样。汞在不同煤样中的赋存形态差异较大,其中BY5和BY23煤中汞分别以弱酸提取态和可氧化态为主,SH和CLS煤中各赋存形态汞含量较为均匀,FH煤中弱酸提取态汞占比为46.33%,其它形态汞含量依次降低。在微波热解实验系统上,以1L/min的N_2气氛中,以1500W的微波功率对煤进行热解分析,研究发现,煤中汞的释放速率随升温速率增大而提高;微波功率是影响汞析出效果的主要因素,功率越大汞脱析出速率越快,以热解气中浓度低于50ng/m~3作为汞全部挥发的时间点,在微波功率大于1100W时,在5min内煤中汞均能完全析出;由于微波热解具有非热效应特性,恒温热解并不适合作为微波热解过程的控制标准。环境变化引起的煤中水分变化主要是以存在于煤颗粒表面或毛细孔穴中的游离水为主,在热解开始阶段会快速蒸发,对煤中汞析出规律影响不大。为研究微波热解对煤质的影响,测量了热解前后煤的热值损耗、硫含量变化,发现热解后煤样的绝对热值变化在-14.19%~9.31%之间,硫的析出率为20%左右,对煤样有明显的提质效果。采用Ontario Hydro对热解过程中汞的释放形态进行测定,结果表明,随着微波功率的增大,热解气中CH_4、CO和H_2的含量明显升高并与氧化态汞发生反应生成元素汞,在1500W功率热解气中汞几乎全以元素汞形式存在。为研究微波热解过程中汞的析出机理,对热解前后煤样XRD物相变化进行了分析,发现汞的析出主要分为三个方面:首先具有高介电性的黄铁矿和方解石被加热发生热解,赋存在其中的硫化物态和碳酸盐结合态汞释放出来;另一方面是由于不同矿物热膨胀系数不同,进而发生裂解,一些有机态和残渣态汞被释放出来;由于温度的升高方解石发生热解,大部分碳酸盐结合态汞挥发出去。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701
【图文】：

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【参考文献】