高钠煤热转化反应性研究

发布时间：2020-04-13 23:58

【摘要】：新疆准东高钠煤的清洁高效利用越来越重要。本文利用SDT-Q600热重分析仪对高钠煤煤焦CO_2气化及其混煤燃烧的反应性进行了实验研究,同时采用简化的一级半经验模型对高钠煤煤焦CO_2气化及其混煤燃烧的动力学进行了理论分析。首先,本文通过对高钠煤萃取、脱灰、负载碱金属钠的化合物,利用热重分析仪探究了热解条件、气化条件、高钠煤中不同成份的钠、灰分及外加碱金属钠对高钠煤煤焦CO_2气化反应性的影响。有以下结论:热解终温、热解升温速率、热解停留时间相互作用,综合影响煤焦CO_2气化反应性;当气化温度逐渐上升时,煤焦CO_2气化反应性越来越好,但存在一个气化温度的极值1150℃,当气化温度超过这个值时,煤焦气化反应性略有下降;水溶性钠、酸溶性钠对煤焦CO_2气化反应有阻碍作用;脱灰能提高煤焦CO_2气化反应性;外加Na Cl、Na OH对煤焦CO_2气化反应有着显著的催化效果,在1100℃之前,Na Cl的催化效果略好于Na OH,在1100℃之后,Na OH的催化效果好于Na Cl。其次,本文选取高钠煤和某电厂的两种烟煤为研究对象,以质量为基准,将高钠煤按照5%、10%、15%、20%与两种烟煤掺混制成混煤煤样,采用热重分析仪探究了高钠煤及其混煤的燃烧特性。有以下结论:当升温速率上升时,高钠煤着火温度下降,挥发分释放峰温度区间延迟;高钠煤的加入促进了混煤燃烧,但当高钠煤掺烧比例上升至15%时,这种促进趋势有所减缓。最后,本文在考虑升温速率的情况下,运用简化的一级半经验模型求取了高钠煤煤焦CO_2气化和混煤燃烧的动力学参数。主要结论有:气化温度的增加会使高钠煤煤焦CO_2气化反应的活化能减小,但存在一个气化温度的上限1150℃,当超过这个上限时,继续增加气化温度,反而会使活化能有所增加;脱灰后外加不同形式的碱金属钠均可以降低高钠煤煤焦CO_2气化反应的活化能,脱灰+Na OH煤的活化能小于脱灰+Na Cl煤,也从动力学方面说明了Na OH的催化效果好于Na Cl;对于混煤燃烧而言,高钠煤的加入使混煤的活化能、指前因子均明显降低;但当高钠煤掺烧比例上升至15%时,混煤活化能和指前因子降低的趋势均有所减缓。
【图文】：

高钠煤原煤在不同的热解条件下制焦，对所得焦样在不同的气化条件下气化，采用控制变量法，探究热解、气化条件对高钠煤煤焦 CO2气化反应性的影响。2.1 实验方案2.1.1 煤样的选取本文选取新疆准东一带的高钠煤为研究对象，将其经过研磨、筛分制成粒径为 120~200 目的煤样。其工业分析、元素分析和灰成分分析见表 2-1。表 2-1 高钠煤工业分析、元素分析和灰成分分析煤种工业分析 /% 元素分析 /%高钠煤 7.31 10.29 30.27 52.13 75.19 3.69 15.62 0.61 2.15灰成分分析 /%SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO TiO2K2O Na2O SO322.85 17.72 7.85 25.20 3.20 2.12 0.33 3.67 16.75

从图2-2 我们可以看到，在气化初期大约有 10%左右的失重，这可能是由于经热解制得的焦样中含有少量水分和少量挥发分的缘故。随着气化反应的进行，煤焦质量逐渐减少，在 40min 到 50min 这个时间段内，煤焦质量减少的最为剧烈，随后不在变化。这是由于当气化温度达到一定值后，煤焦会与 CO2发生反应，产生的一系列气态产物会逸出，而最终剩余不参加反应的灰分，，其质量不在改变。DTG 曲线描述的是煤焦质量对时间的微分，也就是气化过程中气态产物逸出的剧烈程度。从图 2-2 中可以看出，气化初期，DTG 曲线有个小小的峰值，其对应的是 TG 曲线刚开始的失重。随着反应的进行
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ530.2

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本文编号：2626609