高碱煤中钠钙赋存、预脱除与热解迁移规律
发布时间：2021-04-19 05:20
中国新疆、澳大利亚维多利亚等国内外高碱煤因富含大量Na、Ca等碱和碱土金属（AAEMs）,在燃烧/气化高温条件下导致锅炉严重结渣与沾污。而低温热解分质转化可直接利用煤炭原有部分结构、不具备发生结渣与沾污的条件,为高碱煤利用开辟了新的途径。但AAEMs对煤热解二次反应的催化作用降低了高附加值焦油收率,释放的AAEMs也会腐蚀油气提质和利用设备。为有效消除AAEMs对高碱煤热解利用的不利影响,本论文以淋滤和热解过程动力学等基础理论为指导,在逐级化学萃取、动态淋滤结合光学显微镜、SEM-EDX和XRD等先进仪器表征高碱煤中Na/Ca赋存形式基础上,采用固定床对典型高碱煤（富惰质组准东煤和富镜质组白石湖煤）组分分选、溶液处理和水热处理前后热解特性和Na、Ca迁移规律进行研究。研究成果为高碱煤热解分质转化工艺运行和产物提质提供理论依据。获得主要结论如下:1.高碱煤中钠钙赋存形式（1）高碱煤主要特征是煤灰Na2O和CaO含量高;Na元素具亲有机质特性。准东煤中Na摩尔含量比Cl高一个数量级、白石湖煤中Na略高于Cl,表明NaCl是白石湖煤但不是准东煤中Na主要赋存形式。高碱煤...
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
准东煤显微组分结构及其随热解温度演化过程
图 1.2 260℃水热处理褐煤热解自由基变化示意图[47]Fig.1.2 Change rule of free radicals during pyrolysis of hydrothermal treated lignite适当条件的水热处理，可以提高处理煤在 NMP/CS2 混合溶剂中的溶解度利于加氢液化反应。200-250℃左右褐煤和长焰煤液化总转化率和油、气产率对达到最高值，温度超过 250℃时，液化反应性均降低[48]。Wang 等[49]发现处理对神华煤具有加氢作用，H/C 原子比高于原煤。但较高温度则会导致醚键键等弱共价键水解以及芳环侧链断裂。Shi 等[50]对在 250℃下对白音华褐煤进热处理，处理过程中因羰基和羧基的脱除导致较多 CO 和 CO2生成，水热处液化性能显著改善，油产率从 32.9%提高至 37.8%。但水热处理不利于煤的反应，如葛立超等[51]发现水热处理过程中煤结构变化导致气化特性曲线向高移动，也会导致气化反应活化能升高，反应级数发生变化。气氛对煤热解产布也有重要影响，如刘源等[52]发现不同气氛对焦油产率的影响为:H2>CH4>HO>N2,但气氛变化对气体和半焦产率影响较小。1.3 煤中碱和碱土金属含量及存在形式研究进展
Na 析出而对碱土金属析出无影响。另外，煤或金属释放受颗粒孔隙扩散控制，增加气氛阶段特征 K、Na 元素气态释放与燃烧过程的脱挥发分发分阶段的 K、Na 释放速率由温度决定；释在两个峰值[115]。van Eyk 等[116]探讨单颗粒褐图 1 所示的钠释放机理：（1）脱挥发分阶段：以 Na (g)释放；（3）灰分阶段：以 NaOH(g)释式和有机形式钠，以及有机形式钙可在 600℃ 50%左右；而 1100℃以上主要为无机 Ca 以 可达 80%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新疆白石湖富镜质组高碱煤热解特性[J]. 朱川,曲思建,张凝凝,邵徇,蔡志丹,张宇宏,王越,解强. 煤炭学报. 2017(10)
[2]酸洗脱灰对准东次烟煤结构和反应活性的影响[J]. 张文达,王鹏翔,孙绍增,赵义军,赵虹翔,严泰森,吴江全. 化工学报. 2017(08)
[3]准东煤热解过程离子交换型Ca的行为特征及其对煤焦反应性的影响[J]. 杜昌帅,刘栗,邱朋华,孙静怡. 中国电机工程学报. 2018(01)
[4]前处理方法对准东煤样中碱金属及碱土金属含量测定的影响[J]. 施云芬,咸阳,张更宇. 煤炭技术. 2017(03)
[5]新疆高碱煤分选组分中碱性矿物赋存及差异演化研究[J]. 林雄超,杨远平,徐荣声,李首毅,岳文菲,王永刚. 燃料化学学报. 2017(02)
[6]水热处理制备高浓度褐煤水煤浆技术研究进展及展望[J]. 李春启. 洁净煤技术. 2017(01)
[7]新疆高油煤中钠的分布及存在形式研究[J]. 朱川,张景,王越. 煤质技术. 2016(06)
[8]高钠煤的赋存状态及沾污抑制行为研究进展[J]. 王越,丁华,白向飞,朱川. 煤质技术. 2016(05)
[9]羧酸钠对准东煤热解过程的影响[J]. 刘辉,赵登,姜雷宵,许连飞,闫永宏,吴东阳,高继慧,吴少华. 化工学报. 2016(11)
[10]准东煤层中钠的分布与浸出行为[J]. 朱川,曲思建,张景,王越. 煤炭学报. 2016(06)
博士论文
[1]钠元素对准东煤热解和气化过程的作用机理研究[D]. 张志远.华北电力大学(北京) 2017
[2]难选铁矿石促进富油煤热解及铁矿物回收技术研究[D]. 赵洪宇.中国矿业大学(北京) 2016
[3]水热处理对低阶煤碳结构及热解行为的作用机理研究[D]. 刘鹏.华东理工大学 2016
[4]煤中矿物质在热转化过程中的演化行为[D]. 徐荣声.中国矿业大学(北京) 2016
[5]生物质热转化过程中碱金属元素迁移的研究[D]. 张志昊.清华大学 2014
[6]生物质热解气化过程中内在碱金属、碱土金属的迁移及催化特性研究[D]. 江龙.华中科技大学 2013
[7]西部弱还原性煤热解特性研究[D]. 赵云鹏.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]准东煤预处理及快速热解过程中钠的迁移转化规律研究[D]. 孙琪琪.华中科技大学 2016
[2]准东煤热解过程中羧酸钠的转化及其对热解特性的影响[D]. 吴东阳.哈尔滨工业大学 2015
[3]丁集矿煤质变化特征[D]. 张代波.安徽理工大学 2015
[4]全氧燃烧特殊气氛对煤中碱金属与碱土金属迁移规律的影响[D]. 王立营.太原理工大学 2015
[5]不同水热解条件下煤结构变化的实验研究[D]. 曾维薇.清华大学 2011
本文编号：3146914
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
准东煤显微组分结构及其随热解温度演化过程
图 1.2 260℃水热处理褐煤热解自由基变化示意图[47]Fig.1.2 Change rule of free radicals during pyrolysis of hydrothermal treated lignite适当条件的水热处理，可以提高处理煤在 NMP/CS2 混合溶剂中的溶解度利于加氢液化反应。200-250℃左右褐煤和长焰煤液化总转化率和油、气产率对达到最高值，温度超过 250℃时，液化反应性均降低[48]。Wang 等[49]发现处理对神华煤具有加氢作用，H/C 原子比高于原煤。但较高温度则会导致醚键键等弱共价键水解以及芳环侧链断裂。Shi 等[50]对在 250℃下对白音华褐煤进热处理，处理过程中因羰基和羧基的脱除导致较多 CO 和 CO2生成，水热处液化性能显著改善，油产率从 32.9%提高至 37.8%。但水热处理不利于煤的反应，如葛立超等[51]发现水热处理过程中煤结构变化导致气化特性曲线向高移动，也会导致气化反应活化能升高，反应级数发生变化。气氛对煤热解产布也有重要影响，如刘源等[52]发现不同气氛对焦油产率的影响为:H2>CH4>HO>N2,但气氛变化对气体和半焦产率影响较小。1.3 煤中碱和碱土金属含量及存在形式研究进展
Na 析出而对碱土金属析出无影响。另外，煤或金属释放受颗粒孔隙扩散控制，增加气氛阶段特征 K、Na 元素气态释放与燃烧过程的脱挥发分发分阶段的 K、Na 释放速率由温度决定；释在两个峰值[115]。van Eyk 等[116]探讨单颗粒褐图 1 所示的钠释放机理：（1）脱挥发分阶段：以 Na (g)释放；（3）灰分阶段：以 NaOH(g)释式和有机形式钠，以及有机形式钙可在 600℃ 50%左右；而 1100℃以上主要为无机 Ca 以 可达 80%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新疆白石湖富镜质组高碱煤热解特性[J]. 朱川,曲思建,张凝凝,邵徇,蔡志丹,张宇宏,王越,解强. 煤炭学报. 2017(10)
[2]酸洗脱灰对准东次烟煤结构和反应活性的影响[J]. 张文达,王鹏翔,孙绍增,赵义军,赵虹翔,严泰森,吴江全. 化工学报. 2017(08)
[3]准东煤热解过程离子交换型Ca的行为特征及其对煤焦反应性的影响[J]. 杜昌帅,刘栗,邱朋华,孙静怡. 中国电机工程学报. 2018(01)
[4]前处理方法对准东煤样中碱金属及碱土金属含量测定的影响[J]. 施云芬,咸阳,张更宇. 煤炭技术. 2017(03)
[5]新疆高碱煤分选组分中碱性矿物赋存及差异演化研究[J]. 林雄超,杨远平,徐荣声,李首毅,岳文菲,王永刚. 燃料化学学报. 2017(02)
[6]水热处理制备高浓度褐煤水煤浆技术研究进展及展望[J]. 李春启. 洁净煤技术. 2017(01)
[7]新疆高油煤中钠的分布及存在形式研究[J]. 朱川,张景,王越. 煤质技术. 2016(06)
[8]高钠煤的赋存状态及沾污抑制行为研究进展[J]. 王越,丁华,白向飞,朱川. 煤质技术. 2016(05)
[9]羧酸钠对准东煤热解过程的影响[J]. 刘辉,赵登,姜雷宵,许连飞,闫永宏,吴东阳,高继慧,吴少华. 化工学报. 2016(11)
[10]准东煤层中钠的分布与浸出行为[J]. 朱川,曲思建,张景,王越. 煤炭学报. 2016(06)
博士论文
[1]钠元素对准东煤热解和气化过程的作用机理研究[D]. 张志远.华北电力大学(北京) 2017
[2]难选铁矿石促进富油煤热解及铁矿物回收技术研究[D]. 赵洪宇.中国矿业大学(北京) 2016
[3]水热处理对低阶煤碳结构及热解行为的作用机理研究[D]. 刘鹏.华东理工大学 2016
[4]煤中矿物质在热转化过程中的演化行为[D]. 徐荣声.中国矿业大学(北京) 2016
[5]生物质热转化过程中碱金属元素迁移的研究[D]. 张志昊.清华大学 2014
[6]生物质热解气化过程中内在碱金属、碱土金属的迁移及催化特性研究[D]. 江龙.华中科技大学 2013
[7]西部弱还原性煤热解特性研究[D]. 赵云鹏.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]准东煤预处理及快速热解过程中钠的迁移转化规律研究[D]. 孙琪琪.华中科技大学 2016
[2]准东煤热解过程中羧酸钠的转化及其对热解特性的影响[D]. 吴东阳.哈尔滨工业大学 2015
[3]丁集矿煤质变化特征[D]. 张代波.安徽理工大学 2015
[4]全氧燃烧特殊气氛对煤中碱金属与碱土金属迁移规律的影响[D]. 王立营.太原理工大学 2015
[5]不同水热解条件下煤结构变化的实验研究[D]. 曾维薇.清华大学 2011
本文编号：3146914
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