工艺条件与助剂对褐煤热解过程固相硫脱除规律的影响研究

发布时间：2020-08-12 14:49

【摘要】：燃煤型污染是我国空气污染的主要类型,其中民用散烧原煤对空气的污染程度非常大。民用散烧煤大多是无组织低空排放、且燃煤用量大、燃烧地点分散从而导致其污染物的控制越难。目前,国家虽然在北方地区多地倡导并实行煤改气、煤改电,但是由于我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特征,致使北方大部分地区在冬季取暖使用天然气时,出现了气荒的现象,直接导致许多居民取不上暖。并且采用取暖用电或天然气代替民用散烧煤,存在成本高、效率低等缺陷,因此使用煤基清洁燃料代替民用散烧原煤来治理分散性污染源被认为是更有效的措施,尤其在控制PM和SO_x的排放方面效果显著。但是,随着环保力度的加大,国家对煤基民用燃料中的硫含量有了更为严格的标准,致使民用焦炭的推广受到了限制。为了降低民用焦炭中的硫含量,研究煤热解过程中煤中硫的脱除规律及助剂对硫的影响具有重要的意义。本文使用我国内蒙储量丰富的褐煤,首先考察了热解工艺条件对煤中硫脱除的影响规律,在此基础上,将三种脱硫助剂分别引入褐煤热解过程中,力求通过助剂与硫的相互作用,能有效地降低热解产物半焦中的硫含量。同时结合实验结果及XPS、XRD、TG-MS等表征手段,研究助剂对热解过程中硫脱除的机制,主要结果如下:(1)褐煤在中低温热解过程中存在最佳脱硫温度,在700℃时褐煤热解产物半焦中硫含量最低为0.98%,对应的全硫脱除率为58.7%。热解产物半焦中以有机硫噻吩、砜类形式为主,占总硫含量的67%,无机硫主要为黄铁矿分解产物FeS,以及固硫产物CaS的形式存在。(2)最佳热解升温速率为10℃/min,此时褐煤热解产物半焦中硫含量的最低,升温速率对无机硫影响大于有机硫。升温速率过快不利于硫的脱除。粒径越大,煤内外受热不均匀导致热解不充分,阻碍了煤中硫的扩散,增加了煤中硫含量,最佳实验粒径为0.2 mm。热解最佳停留时间为60 min,停留时间过短,煤热解不充分,煤中含硫化合物未能分解完全,同时,热解时间过长,挥发分损失过大,则会导致所得半焦的品质和产量下降。(3)P_2O_5对煤中硫的脱除作用较为明显,尤其是煤中的总硫和无机硫。当P_2O_5添加量为3%时,总硫和无机硫含量分别为0.7%和0.13%,提高率为28%和60%,脱除率相比原煤直接热解提高13%,P_2O_5通过增加煤的孔隙机构,增大气体的溢出率,来降低煤中的硫含量。KCl对煤中硫的脱除作用次之,1%KCl与煤共热产物半焦中总硫含量为0.81%,提高率17%,总硫脱除率相比原煤热解提高5%,助剂KCl通过促进煤的气化生成更多的CO,增加COS的生成,减少了气相硫的二次反应。(NH_4)_2MoO_4通过利用热解气体中的氢气实现加氢作用促进了有机硫的分解。
【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
【图文】：

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1-Gas cylinder 2-pyrolysis furnace 3 cooling tank 4-tar c图 2-1 煤热解实验流程Fig.2-1 Coal pyrolysis experiment pro热解过程中硫脱除率的计算方法：(t)(t)(t0 煤煤焦mSmSmSD 式中：D 为热解过程中硫的脱除率，%m 为煤样质量，gm0为热解后半焦质量，gω(St 煤)为煤样中全硫含量，%ω(St 焦)为热解后半焦中全硫含量，%

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太原理工大学硕士研究生学位论文机硫的脱除率相比原煤直接热解提高了 30%，主要是由于 P2O5的负载方式为浸渍其与煤混合后以磷酸形式存在与煤中，其对煤有一定的扩孔作用，增加了无机硫的面积，无机硫与小分子反应性加强，提高了脱除率。而对有机硫来说，P2O5的加有机硫有一定的抑制作用。图 5-3 为 P2O5处理前后 SEM 照片，图 A、图 B 分为原煤、加入 P2O5后煤表面的电镜图。

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