工艺条件及助剂对吕梁高硫肥煤热解过程固相氮脱除规律的影响研究

发布时间：2020-05-27 12:21

【摘要】：近年来,我国北方地区取暖季雾霾天数持续增长,究其原因,冬季燃煤是导致雾霾天气重要因素之一,由于我国北方部分农村及城郊地区无法普及“煤改电”、“煤改气”、“集中供暖”,致使原煤散烧现象在偏远地区随处可见。散烧煤主要是民众冬季采暖、餐厨,工农业生产供热等,煤质多为低阶劣质煤。煤散烧特点是点散面广,相关部门难以监管,且炉具缺乏脱硫、脱硝、除尘装置,因此原煤散烧是不容忽视的一类污染源。目前,洁净焦炭替代民用散烧煤取得了显著效果。其思路是首先在制备过程中控制燃料硫、氮元素的含量,预先达到了燃料的清洁化、绿色化,在燃烧源头可以达到减排效果,目前洁净焦炭具备高固硫率、低燃点以及优良的燃烧性能,更加适用于民用炉具使用,但由于在研发制备过程中对洁净焦炭的脱硝性能研究没有充分考虑,导致燃料中的氮含量仍保持较高水平,因此降低洁净焦炭中氮含量是亟待解决的问题。本文首先考察热解气氛、热解温度、升温速率及煤颗粒粒径对热解产物中焦炭氮含量的影响规律,确定出吕梁高硫肥煤热解实验最佳研究条件。其次将单一铁助剂和复合铁镍助剂分别引入洁净焦炭的制备过程中,其中对于复合助剂的负载借助了溶胀浸渍处理的方法,研究铁镍复合助剂在不同热解温度下对产物焦炭氮的影响,确定了铁镍复合助剂最佳的负载比例,最后采用现代表征仪器TG-MS、XPS、XRD、BET等对实验样品的热解行为、元素组成、物相及表面物理结构进行测试,确定和推断了吕梁高硫肥煤热解过程促进煤中氮脱除的主要影响因素及机理,主要结果包括以下几方面:(1)吕梁高硫肥煤中氮元素的存在形态有4种,分别为五元环吡咯氮(N-5)、六元环吡啶氮(N-6)、环内部氮结构季氮(N-Q)及氮氧化物氮形态(N-X),其中吡咯型氮、吡啶型氮以及氮氧化物氮之和约占85%,在原煤中处于煤分子边缘的氮含量较大。吕梁高硫肥煤中矿物质主要为高岭土、石英、硅铝酸钙、碳酸钙及硫铁矿等,采用盐酸、氢氟酸酸洗脱灰处理后,原煤中仅剩硫铁矿;(2)吕梁高硫肥煤热解过程利于固相氮脱除的最佳工艺条件,热解载气为50ml/min氩气、粒径大于80目、升温速率5℃/min;(3)热解温度700~1000℃时固体产物焦炭中氮元素存在形态,与原煤中氮元素存在形态相比,随着温度的升高,吡咯氮含量在焦炭中的比例降低,而吡啶氮含量升高。吡咯氮随温度的升高会向更稳定的吡啶氮转化,但在1000℃下,吡啶氮占比也降低,在热解温度800℃时,氮氧化物氮基本消失。(4)负载的单一助剂铁对原煤热解过程氮脱除效果显著,在热解温度800℃、900℃、1000℃时,且负载质量分数为0.8%时均达到最佳,1000℃脱除率达到91.10%,采用溶胀浸渍方法负载的铁镍复合助剂极大的改善了煤颗粒的孔结构参数,有利于助剂的高效负载,并对固相氮脱除也有了进一步的提升。(5)固定床评价装置上对原煤、900℃热解焦炭、负载单一助剂铁900℃热解焦炭、负载铁镍复合助剂900℃热解焦炭四种固体燃料进行燃烧实验,其释放的氮氧化物浓度逐渐降低,NO_x释放量由大到小具体顺序为:原煤900℃热解焦炭负载单一助剂铁900℃热解焦炭负载铁镍复合助剂900℃热解焦炭。热处理及负载助剂等处理对制备洁净煤基燃料是有效的。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ530.2

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