水蒸气对煤热解过程硫迁移影响的实验研究

发布时间：2020-10-21 22:12

　　 面对日益严峻的大气污染,煤基固体燃料-氧-水蒸气燃烧近零排放发电系统(OCCSS)得以提出且具有诸多优势。但此新型燃烧系统的应用伴随着一些问题,如对含硫污染物的控制。目前此系统使用的脱灰煤在水蒸气气氛下热解硫元素的迁移过程与原煤惰性气氛下热解的区别并不明确。本文为研究上述问题,进行了水蒸气气氛对热解过程中硫元素迁移影响的研究。实验采用盐酸-氢氟酸-盐酸酸洗法制备脱灰煤,由注射泵与伴热系统提供水蒸气,在封闭式水平炉内进行了原煤、脱灰煤水蒸气气氛下的热解实验;通过采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和离子色谱(IC)对气相中H_2S、SO_2、COS总量分别进行测定,采用红外测硫仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对煤焦中总硫、无机物成分、表面元素构成等进行测量。实验并分析了温度、脱灰、水蒸气气氛等因素对热解过程中硫元素迁移的影响。实验发现,Ar气氛下热解,H_2S生成总量随温度升高逐渐上升,主要原因是煤中含硫物质发生热解反应温度区间不同。SO_2、COS随温度呈先升高后降低趋势,升高主要与热解反应逐渐加强有关,降低主要受二次反应控制。对本实验使用煤样进行脱灰将减少矿物质固硫作用,使H_2S、SO_2、COS的释放量增加。添加水蒸气将显著促进H_2S释放,对SO_2、COS随温度升高先抑制后促进。该现象在低温段主要受水蒸气与黄铁矿的反应控制,高温段则与水蒸气参与气化反应有关。热解气主要含硫气体总量在Ar气氛下呈先升高后降低趋势,推测降低也由于二次反应及气化反应;在含水蒸气气氛中逐渐升高。由焦产率与煤焦含硫量可知,添加水蒸气时,此煤种气化开始温度为800℃左右。温度越高,煤焦中硫含量越低。由XRD分析可知,Ar气氛热解黄铁矿反应路径为:Fe S_2→Fe_(1-x)S→Fe S。Ar/H_2O气氛热解黄铁矿反应路径为:FeS_2→Fe_3O_4→Fe_2O_3。含水蒸气气氛下,碳酸钙等碱性矿物质高温下固硫作用更加明显。对煤焦进行XPS分析发现煤焦硫元素分布很不均匀,表面上所占比例低于内部。随着温度升高,表面硫元素占比先升高后降低,这一现象可能与硫原子扩散、二次反应以及高温时生成的H_2与表面硫的反应有关。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ530.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 国内外文献综述的简析
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 实验系统和测试方法
    2.1 煤样的选取与制备
        2.1.1 煤样的选取
        2.1.2 脱灰煤的制备
    2.2 实验系统及其调试
        2.2.1 配气及水蒸气发生系统
        2.2.2 封闭式水平炉
        2.2.3 烟气过滤及测量系统
    2.3 气相产物中含硫组分测试方法
        2.3.1 测试原理
        2.3.2 测试方法
    2.4 其它测试仪器及方法
        2.4.1 煤质基本分析
        2.4.2 煤焦总硫分析
        2.4.3 X射线衍射（XRD）
        2.4.4 X射线光电子能谱仪（XPS）
        2.4.5 热解焦炭硫元素释放分析
    2.5 本章小结
第3章 热解气中含硫产物分析
    3.1 热解实验具体过程及分析方法
2S的释放规律'>    3.2 热解过程中H₂S的释放规律
2S生成影响'>        3.2.1 温度对H₂S生成影响
2S生成影响'>        3.2.2 矿物质对H₂S生成影响
2S生成影响'>        3.2.3 水蒸气对H₂S生成影响
2的释放规律'>    3.3 热解过程中SO₂的释放规律
2生成影响'>        3.3.1 温度对SO₂生成影响
2生成影响'>        3.3.2 矿物质对SO₂生成影响
2生成影响'>        3.3.3 水蒸气对SO₂生成影响
2的双峰现象'>        3.3.4 热解过程中SO₂的双峰现象
    3.4 热解过程中COS的释放规律
        3.4.1 温度对COS生成影响
        3.4.2 矿物质对COS生成影响
        3.4.3 水蒸气对COS生成影响
    3.5 热解过程中主要含硫气体总量的变化规律
    3.6 本章小结
第4章 热解后煤焦中硫的分析
    4.1 焦产率
        4.1.1 温度对热解焦产率的影响
        4.1.2 脱灰对热解焦产率的影响
        4.1.3 水蒸气对热解焦产率的影响
    4.2 煤焦总硫分析
        4.2.1 煤焦总硫比的变化规律
        4.2.2 硫元素在各类产物中的分布
    4.3 XRD研究煤焦无机硫的变化
        4.3.1 惰性气氛下煤中黄铁矿的转化
        4.3.2 含水蒸气气氛下煤中黄铁矿的转化
    4.4 XPS研究煤焦表面的变化
        4.3.1 煤焦表面元素含量的变化
        4.3.2 煤焦表面硫形态的变化
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及其它成果
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 唐跃刚;贺鑫;程爱国;李薇薇;邓秀杰;魏强;李龙;;中国煤中硫含量分布特征及其沉积控制[J];煤炭学报;2015年09期

2 魏强;唐跃刚;李薇薇;赵巧静;贺鑫;李龙;赵正福;;煤中有机硫结构研究进展[J];煤炭学报;2015年08期

3 田路泞;陈振辉;杨伟;王贤华;张世红;陈汉平;;水蒸汽对煤流化床富氧燃烧及SO_2析出和脱除的影响[J];煤炭学报;2014年12期

4 郭中宝;崔金华;白永智;梅一飞;马振珠;;不同碱度和温度条件下硫化氢溶液的稳定性研究[J];理化检验(化学分册);2014年08期

5 张海洋;;我国煤炭工业现状及可持续发展战略[J];煤炭科学技术;2014年S1期

6 王之正;王利斌;裴贤丰;王岩;白效言;;高硫煤热解脱硫技术研究现状[J];洁净煤技术;2014年02期

7 马玲玲;秦志宏;张露;刘旭;陈航;;煤有机硫分析中XPS分峰拟合方法及参数设置[J];燃料化学学报;2014年03期

8 李超;郑长征;王晓红;;热解气氛对煤热解行为的影响[J];西安工程大学学报;2013年05期

9 刘粉荣;郭慧卿;胡瑞生;赫淑颖;胡浩权;;含硫模型化合物在不同载体上的担载及其燃烧过程硫的释放行为[J];化工进展;2012年11期

10 王美君;付春慧;常丽萍;谢克昌;;逐级酸处理对锡盟褐煤的结构及热解特性的影响[J];燃料化学学报;2012年08期

相关博士学位论文 前2条

1 么秋香;渭北高硫煤中有机硫赋存状态及热解迁移规律研究[D];西安科技大学;2015年

2 王美君;典型高硫煤热解过程中硫、氮的变迁及其交互作用机制[D];太原理工大学;2013年

相关硕士学位论文 前6条

1 王敏;基于OCCSS系统的脱灰煤热解过程中硫变迁的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

2 严泰森;O_2/H_2O气氛下原煤/脱灰煤燃烧特性的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

3 陈军;水蒸汽对黄铁矿热转化的影响[D];华中科技大学;2015年

4 杨会民;预处理脱硫及热历程对煤热解中硫、氮变迁规律的影响[D];太原理工大学;2011年

5 王利花;还原性气氛下煤中硫热解迁移规律的研究[D];太原理工大学;2009年

6 朱英;高硫煤电化学调浆浮选脱硫研究[D];北京化工大学;2000年

本文编号：2850655