伊宁煤气化过程中钙的变迁行为研究

发布时间：2020-08-29 10:14

　　煤制天然气(SNG)不仅可以实现煤炭的清洁高效利用,而且能够缓解天然气消费量逐年上涨的压力,对于提高能源利用效率,调整我国能源结构具有重要的战略意义。移动床碎煤加压气化技术由于粗煤气中甲烷含量高、投资低等优势,成为我国已建成煤制天然气企业主要选用的气化技术。为减少含酚废水的排放,本课题组开展了将CO_2返炉替代部分过量水蒸气作气化剂的研究。在前期研究中发现,伊宁煤和五彩湾煤在与H_2O/CO_2共气化过程中表现出协同效应,这主要与煤中钙的催化作用密切相关。为揭示协同效应产生的机理,提升高钙煤在移动床碎煤加压气化炉中的使用效果,研究不同气化条件下钙的赋存形态以及钙在煤气化过程中的变迁行为很有必要。本研究选取已用于移动床碎煤加压气化炉生产、且钙含量高的伊宁煤(YN)为研究对象。由于实际工业中,气化反应之前煤首先经过干燥热解阶段,所以在自制固定床反应器中制备了不同热解条件下的煤焦、不同气化条件下的气化残焦,考察了热解和气化条件对钙变迁行为的影响。通过分析残留在焦、灰中及释放至气相中钙的存在形式,推测出钙在热解和气化过程中的变迁机制。主要结论如下:(1)YN原煤中的钙以盐酸可溶态形式存在的居多,占总量的60.6%,水溶态和离子交换态的钙分别占总量的25.2%和10.6%,不溶态的钙含量很少,仅占总量的3.6%。随着热解温度升高,钙的释放率增大。且由于部分水溶态和盐酸可溶态的钙与硅铝酸盐反应生成了不溶态的钙,因此焦中水溶态和盐酸可溶态钙的含量逐渐减少、不溶态钙的含量逐渐增多,而离子交换态钙含量没有变化。此外,相比N_2气氛,CO_2气氛热解会促进钙的释放。(2)气化残焦中钙的浓度随碳转化率增加而增大。800°C不同气化剂条件下钙释放率(R)的顺序为,因为钙在CO_2气化条件下比H_2O气化条件下更易烧结团聚而难以发生释放,H_2O分子比CO_2分子更易进入煤焦的孔道结构,使得煤焦内部的反应更剧烈,并在发挥扩孔作用的同时使得钙的释放量增多。900°C不同气化剂条件下钙释放率的顺序为,但1000°C不同气化剂条件下钙的释放率没有明显差异,主要由于温度升高使得煤焦孔隙结构发生坍塌,气化剂对钙释放的作用减弱而导致的。(3)煤灰中的钙主要以高岭石和石灰石的形式存在。在H_2O和H_2O/CO_2气化剂条件下,钙易和镁共同与硅铝酸盐等反应生成硅铝酸盐类矿物质,而在单独CO_2气化剂条件下,钙更易单独与硅铝酸盐反应。不同气化条件下制得灰的熔融温度随制备温度的升高而升高。在800°C和900°C时,H_2O气化剂条件下灰的熔融温度最高,CO_2气化剂条件下灰的熔融温度最低;而在1000°C时,制得灰的熔融温度高低顺序与800°C和900°C的相反。(4)热解过程中,钙主要以CaCl_2的形式释放,离子交换态的钙含量未发生改变是因为羧酸钙的羧基断裂后,钙没有直接释放而连接在芳香结构上。气化过程中,钙主要以CaCl_2、CaCO_3和CaSO_4的形式释放。其中在各个气化条件下钙的释放形式均有CaCl_2,在800°C和900°C时,CO_2气化过程中钙还会以CaCO_3的形式释放,而H_2O和H_2O/CO_2气化过程中钙还会以CaSO_4的形式释放;在1000°C下,钙都以CaCl_2和CaSO_4的形式释放。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ541

【参考文献】