电石渣改性蒙古烟煤水气化性能研究
发布时间：2021-08-25 17:04
论文将“电石法”生产聚氯乙烯（PVC）过程中的副产品电石渣添入蒙古胡硕图烟煤中进行水蒸气气化实验,实现高氢合成气的制备,同时,采用XRD、Raman、SEM、TEM、FTIR、XPS等表征手段对相应的反应温度下的煤焦进行表征,分析考察电石渣催化烟煤水蒸气气化性能与煤样结构变化之间的关系。研究结果表明:添加电石渣的蒙古烟煤样品具有明显的水蒸气气化催化作用,电石渣的存在增加了烟煤制氢的反应效率,明显提高合成产物中的H2/CO比。研究发现,煤焦中高度分散的CaO是催化水蒸气气化反应的关键。蒙古烟煤在700-900℃水蒸气气化反应温区时会发生大量缩聚反应,缩聚反应导致煤样中的杂氧环实现开环,暴露出许多酚醚类含氧自由基团。酚醚类含氧自由基团与电石渣在700-900℃水蒸气气化反应温区时分解出的CaO结构相互缔合形成了CaO-OR结构,CaO-OR结构实现了CaO在煤焦中呈现出高度分散且无定型的状态。所以,反应温度下烟煤煤焦中没有发现CaO的晶型衍射峰,而在气化残余物的XRD中又发现了CaO的晶型衍射峰,表明高度分散的CaO在水气化过程中重新结晶成型。烟煤中所含的Si、Al等...
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水蒸气气化实验设备流程图
内蒙古工业大学硕士学位论文14KS++和KS++-CS的H2产气速率达到最高值时，对应的温度分别为895℃和830℃，对比KS++，煤样KS++-CS的H2产气速率达到最大值的温度降低了65℃。添加电石渣的煤样中气化生成气的组成也发生了变化，煤样KS++生成气体主要组成为H2和CO，KS++-CS生成气体主要组成为H2和CO2。添加电石渣后降低了水蒸气气化反应的温区，加快了生成气的生成速率，同时改变了生成气体的组分比例。图3-1煤样在水蒸气气化过程中的生成速率Figure3-1Gasgenerationrateofcoalsampleduringsteamgasification图3-2显示了样品合成气中H2/CO的累积和瞬时摩尔比。在H2的最大产气速率下，煤样KS、KS+和KS+的分别对应于H2/CO的摩尔比为1.42、1.34和1.35。煤样KS-CS、KS+-CS和KS++-CS在H2最大产气速率下分别对应于H2/CO的摩尔比为3.47、2.85和10.52。煤样中电石渣的加入增加了生成气体中H2/CO的累积摩尔比。这是由于在钙的催化下高程度向右的水煤气变换反应（CO+H2OCO2+H2）消耗掉了碳与水反应生成的CO（C+H2OCO+H2）并产生更多的H2。电石渣的加入促进了水蒸气气化过程中CO向CO2的转化，提高了H2的产量。添加电石渣对催化气化有着显著的影响效果。可以注意到，在经过HF溶液处理的煤样加入电石渣的气化反应气化性能最强。
第三章电石渣对蒙古烟煤水蒸气气化的催化作用15图3-2样品合成气中H2/CO的累积和瞬时积摩尔比Figure3-2CumulativeandinstantaneousH2/COmolarratiosinsyngasofsamples.3.3煤样的结构表征为了表征烟煤煤样在水蒸气气化过程中的真实状态，设计实验记录煤样蒸汽气化性能最好温度点，并制备对应温度下的焦样，来模拟煤样在反应温度下的真实状态。制备方法同2.3.3节，所得焦样标记为KS-J、KS-CS-J和KS++-CS-J等。3.3.1XRD表征分析X射线衍射技术现已被普遍应用来表征固体晶粒结构，在碳结构解析方向也发挥着重要作用。图3-3为煤样XRD图谱。使用Jade软件进行晶型分析，在电石渣的XRD图谱中观察到空间组为(164)P-3m1三角晶型的Ca(OH)2(JCPDS:04-0733)，空间组为(167)R-3c三角晶型的CaCO3(JCPDS:47-1743)。空间组为(164)P-3m1三角晶型的Ca(OH)2(JCPDS:04-0733)在KS-CS的图谱中被发现，通过Scherrer公式计算平均晶粒尺寸为185.24[67]，说明在烟煤中加入电石渣，Ca(OH)2的晶形没有改变。Ca(OH)2和CaCO3经高温分解得到的CaO是水蒸气气化的主要催化剂[68-71]，但在添加电石渣的煤焦的XRD中没有发现CaO晶型。有可能在热解过程中，CaO与煤的结构发生交联作用，使得煤样中的CaO高度分散，致使CaO衍射峰晶形消失[72]。在KS-CS-J中观察到一组(225)Fm-3m等轴晶型的CaS(JCPDS:08-0464)，平均晶粒尺寸为365.91，CaS的d(200)主峰的平均晶面间距为2.85。推测在煤热解过程中，Ca(OH)2和CaCO3分解得到的CaO，被烟煤中释放的的硫化物所固化，同样也使得煤样中CaO的衍射峰消失[73-76]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relationship between pore structure and hydration activity of CaO from carbide slag[J]. Junqiang Zhang,Shu Zhang,Mei Zhong,Zhi Wang,Guoyu Qian,Junhao Liu,Xuzhong Gong. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(11)
[2]氯乙烯合成过程中“三废”的综合利用[J]. 冯玉林. 化工管理. 2019(11)
[3]氯碱工业固体废弃物处理与综合利用研究[J]. 康文国,王奋中,张军锋,任志荣. 中国氯碱. 2018(02)
[4]电石渣资源化利用进展[J]. 马小龙,杜佩英,张志君,董昌吉. 山东化工. 2017(19)
[5]电石渣的综合利用[J]. 阳小东,李进. 聚氯乙烯. 2017(09)
[6]神府煤热解的结构变化及煤焦加氢反应性研究[J]. 张金刚,孙志刚,郭强,王兴军,于广锁,刘海峰,王辅臣. 燃料化学学报. 2017(02)
[7]煤化学的前沿与挑战:结构与反应[J]. 刘振宇. 中国科学:化学. 2014(09)
[8]Investigation of nanocrystalline structure in selected carbonaceous materials[J]. Manoj B. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2014(09)
[9]电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究[J]. 关多娇,徐有宁,史俊瑞,马金凤,薛治家. 沈阳工程学院学报(自然科学版). 2013(01)
[10]蒙古国胡硕图井田含煤地层及煤质特征[J]. 左明星. 中国煤炭地质. 2012(08)
本文编号：3362514
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水蒸气气化实验设备流程图
内蒙古工业大学硕士学位论文14KS++和KS++-CS的H2产气速率达到最高值时，对应的温度分别为895℃和830℃，对比KS++，煤样KS++-CS的H2产气速率达到最大值的温度降低了65℃。添加电石渣的煤样中气化生成气的组成也发生了变化，煤样KS++生成气体主要组成为H2和CO，KS++-CS生成气体主要组成为H2和CO2。添加电石渣后降低了水蒸气气化反应的温区，加快了生成气的生成速率，同时改变了生成气体的组分比例。图3-1煤样在水蒸气气化过程中的生成速率Figure3-1Gasgenerationrateofcoalsampleduringsteamgasification图3-2显示了样品合成气中H2/CO的累积和瞬时摩尔比。在H2的最大产气速率下，煤样KS、KS+和KS+的分别对应于H2/CO的摩尔比为1.42、1.34和1.35。煤样KS-CS、KS+-CS和KS++-CS在H2最大产气速率下分别对应于H2/CO的摩尔比为3.47、2.85和10.52。煤样中电石渣的加入增加了生成气体中H2/CO的累积摩尔比。这是由于在钙的催化下高程度向右的水煤气变换反应（CO+H2OCO2+H2）消耗掉了碳与水反应生成的CO（C+H2OCO+H2）并产生更多的H2。电石渣的加入促进了水蒸气气化过程中CO向CO2的转化，提高了H2的产量。添加电石渣对催化气化有着显著的影响效果。可以注意到，在经过HF溶液处理的煤样加入电石渣的气化反应气化性能最强。
第三章电石渣对蒙古烟煤水蒸气气化的催化作用15图3-2样品合成气中H2/CO的累积和瞬时积摩尔比Figure3-2CumulativeandinstantaneousH2/COmolarratiosinsyngasofsamples.3.3煤样的结构表征为了表征烟煤煤样在水蒸气气化过程中的真实状态，设计实验记录煤样蒸汽气化性能最好温度点，并制备对应温度下的焦样，来模拟煤样在反应温度下的真实状态。制备方法同2.3.3节，所得焦样标记为KS-J、KS-CS-J和KS++-CS-J等。3.3.1XRD表征分析X射线衍射技术现已被普遍应用来表征固体晶粒结构，在碳结构解析方向也发挥着重要作用。图3-3为煤样XRD图谱。使用Jade软件进行晶型分析，在电石渣的XRD图谱中观察到空间组为(164)P-3m1三角晶型的Ca(OH)2(JCPDS:04-0733)，空间组为(167)R-3c三角晶型的CaCO3(JCPDS:47-1743)。空间组为(164)P-3m1三角晶型的Ca(OH)2(JCPDS:04-0733)在KS-CS的图谱中被发现，通过Scherrer公式计算平均晶粒尺寸为185.24[67]，说明在烟煤中加入电石渣，Ca(OH)2的晶形没有改变。Ca(OH)2和CaCO3经高温分解得到的CaO是水蒸气气化的主要催化剂[68-71]，但在添加电石渣的煤焦的XRD中没有发现CaO晶型。有可能在热解过程中，CaO与煤的结构发生交联作用，使得煤样中的CaO高度分散，致使CaO衍射峰晶形消失[72]。在KS-CS-J中观察到一组(225)Fm-3m等轴晶型的CaS(JCPDS:08-0464)，平均晶粒尺寸为365.91，CaS的d(200)主峰的平均晶面间距为2.85。推测在煤热解过程中，Ca(OH)2和CaCO3分解得到的CaO，被烟煤中释放的的硫化物所固化，同样也使得煤样中CaO的衍射峰消失[73-76]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relationship between pore structure and hydration activity of CaO from carbide slag[J]. Junqiang Zhang,Shu Zhang,Mei Zhong,Zhi Wang,Guoyu Qian,Junhao Liu,Xuzhong Gong. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(11)
[2]氯乙烯合成过程中“三废”的综合利用[J]. 冯玉林. 化工管理. 2019(11)
[3]氯碱工业固体废弃物处理与综合利用研究[J]. 康文国,王奋中,张军锋,任志荣. 中国氯碱. 2018(02)
[4]电石渣资源化利用进展[J]. 马小龙,杜佩英,张志君,董昌吉. 山东化工. 2017(19)
[5]电石渣的综合利用[J]. 阳小东,李进. 聚氯乙烯. 2017(09)
[6]神府煤热解的结构变化及煤焦加氢反应性研究[J]. 张金刚,孙志刚,郭强,王兴军,于广锁,刘海峰,王辅臣. 燃料化学学报. 2017(02)
[7]煤化学的前沿与挑战:结构与反应[J]. 刘振宇. 中国科学:化学. 2014(09)
[8]Investigation of nanocrystalline structure in selected carbonaceous materials[J]. Manoj B. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2014(09)
[9]电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究[J]. 关多娇,徐有宁,史俊瑞,马金凤,薛治家. 沈阳工程学院学报(自然科学版). 2013(01)
[10]蒙古国胡硕图井田含煤地层及煤质特征[J]. 左明星. 中国煤炭地质. 2012(08)
本文编号：3362514
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