准东脱灰煤热解过程的实验研究

发布时间：2020-04-20 10:38

【摘要】：随着全球变暖问题日益突出,CO2减排已经成为国际上关注的热点问题。煤-氧-水蒸气燃烧零排放系统(OCCSS)作为新型的减排技术,采用脱灰煤作为燃料,脱灰煤的热解过程的研究对其利用过程具有重要的影响,因此本文以准东煤为研究对象,采用高温沉降炉,研究了脱灰煤的热解过程,与原煤进行对比,分析了脱灰煤热解过程中的孔隙结构、碳骨架结构、以及表面碳官能团的变化规律。对准东煤,采用了HCl/HF/HCl处理以及HNO3处理,可将煤中的灰分降低到0.2%与0.09%。HCl/HF/HCl对煤的挥发分、固定碳影响不大,但HNO3的加入导致挥发分急剧增加,同时,氧和氮含量增加,说明了HNO3的硝化作用的存在导致煤质的变化,FTIR结果表明酸洗过程大量无机元素的脱除会使羧基、羟基等含氧官能团增加。对不同酸洗方案得到脱灰煤与原煤进行反应性对比,发现酸洗之后,反应性明显的下降。在1200℃条件下,对原煤与脱灰煤在不同停留时间下的挥发分释放过程进行对比,结果表明脱灰煤热解速率快于原煤,但最终的挥发分析出比例基本相同。表明酸洗使部分交联键断裂,有助于热解的进行,但未对整体的挥发分有影响。对不同的温度条件下的热解实验数据进行分析,选用一步反应模型求得脱灰煤的活化能E=58.88kJ/mol,指前因子k0=792.857s-1。原煤的活化能E=18.53kJ/mol,指前因子k0=16.27s-1,说明酸洗将煤中在热解过程中起到催化作用的金属元素脱除,使得脱灰煤具有较高的热解活化能。在1200℃的热解过程(t=0.1~1.0s)中,原煤与脱灰煤形成了大量的微孔,但脱灰煤微孔数量明显小于原煤,说明了灰分脱除不利于微孔的形成。Raman结果表明随着停留时间的增加,ZD-d-char与ZD-raw-char表面石墨化程度不断增加,煤中的不定型碳含量不断增加。这是由于在较短停留时间内,有机分子官能团碎片构成的不定型结构不断增加,而酸洗过程已经脱除了一部分结合能较弱的侧链,使得脱灰煤的表面石墨化进程在热解前期变化幅度比原煤小。XPS分析结果表明焦炭表面的C-C键含量随停留时间增加明显,C-H、C-O及C=O则在热解过程中转变为各种H2、CH4、C2H6、HCN、H2O等挥发分气体脱离煤炭颗粒。
【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】：2016
【分类号】：TQ530.2

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本文编号：2634457