一种宁夏焦煤不同显微组分的热解和化学链燃烧反应特性研究
发布时间：2021-12-09 17:28
煤的热解是煤炭资源通过热化学转化实现高效清洁利用的重要方法和关键过程。通过对煤岩显微组分的化学组成和结构特征进行深入研究,利用不同显微组分天然的大分子结构差异性来调控热解产物分布,可以实现分级分质和高价值利用。近些年,煤的化学链燃烧技术（CLC）逐渐发展为最有前景的碳捕捉技术。该技术不仅可以实现煤转电的高效利用,同时也可以实现燃烧过程中CO2的零排放。在化学链燃烧过程中,载氧体的高性能是系统成功运行的重要因素之一。具有尖晶石结构的CuFe2O4复合氧载体,兼备Fe2O3的热稳定性和CuO的高反应活性。宁夏宁东地区作为我国14个亿吨级煤炭基地之一,加深对宁东煤的化学特性和结构特征的了解对我国西部地区煤炭资源的高效清洁利用具有显著意义。本文主要以一种宁夏焦煤的不同显微组分为研究对象,探讨其中低温热解和化学链燃烧。论文主要从化学键断裂的角度考察不同热解条件下的显微组分热解活性以及耗氧量φ=1时显微组分与CuFe2O4 OC的燃烧特性。论文还进一步利用多种物性表征手段从焦炭结构上揭示热解和化学链燃烧的机理和调控规律。主要内容如下:（1）利用热重质谱联用技术（TG-MS）,在750、800、85...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２０１８年我国全年能源消耗??．－＇
宁夏大学硕士学位论文?第一章绪论??Ｎ２＋０２?Ｃ０２＋Ｈ２０?Ｉ?ＩＩ?＾??介介???ｕ???Ｕ??ｈ２ｏ??空气反应器?燃料反应器??（氧化反应）?２?（还原反应）??＜??介?介??空气?燃料??图１－２化学链燃烧原理示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌｏｏｐｉｎｇ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??ＣＬＣ系统由两个连接的流化床反应器组成，分别为空气反应器（ａｉｒ?ｒｅａｃｔｏｒ）和燃料反应器（ｆｌｉｅｌ??ｒｅａｃｔｏｒ）?［５６］。首先，在燃料反应器中，固体载氧体通过释放晶格氧将燃料完全氧化，同时生成Ｃ０２??和水蒸气，由于其间没有空气的参与，将水蒸气冷凝后即可得到高纯度的ｃｏ２，无需借助额外能??量进行分离提纯，所得的高纯度Ｃ０２可用作其它用途，具体反应式见式（１－１）。其次，在燃料反??应器被还原的载氧体被输送到空气反应器中，通过与空气中的氧结合，完成被还原载氧体的氧化，??从而实现载氧体的循环再生［５７］，具体反应见式１－２。传统的燃料燃烧反应如式（１－６）所示，可看??做式（１－４）和式（１－５）的结合。??ＣｎＨ２ｍ＋（２ｎ＋ｍ）ＭｅｘＯｙ?—＞?ｎＣ〇２＋ｍＨ２〇＋（２ｎ＋ｍ）ＭｅｘＯｙ＿ｉ?（１－４）??２ＭｅｘＯｙ＿ｉ＋〇２?—?２Ｍｅｘ０ｙ?（１－５）??ＣｎＨ２ｍ＋（ｎ＋ｍ／２）〇２?—?ｍＨ２〇＋ｎＣ〇２?（１－６）??化学链技术通过载氧体的循环再生间接地将空气中的氧以晶格氧的形式传递给燃料，从而实??现避免与空气接触的绿色燃烧技术［５８￥］。传统的燃烧技术不仅会生成大量的ｃｏ２，而且由于空气??的的引入使得
宁夏大学硕士学位论文?第一章绪论??１．３．２固体燃料化学链技术技术原理??固体燃料与载氧体之间的反应为固固反应，由于无法充分接触难以进行。目前实验固体燃料??化学链燃烧主要有两种途径，如图１－３所示。??ｃｏ２?ｈ２ｏ?ｃ〇２?ｈ２ｏ?Ｃ〇２?ＣＯ，??ｒ?＼?ｒ?＼?ｙ??Ｊ?＼?Ｏｘｙｇｅｎ－Ｃａｒ＾?＼?ｆ?Ｃｈａｒ??ｃｏｆ?ｍ。２??丫?？?霸Ｊ０—ｉｅｒ??Ｓｙｎｇａｓ?Ｈ，０?ａｎｄ／ｏｒ?ＣＯ，?Ｃ０２??Ｓｙｎｇａｓ－ＣＬＣ?（ｇａｓ?ｆｕｅｌ）?ＩＧ－ＣＬＣ?（ｓｏｌｉｄ?ｆｕｅｌ）?ＣＬＯＵ?（ｓｏｌｉｄ?ｆｕｅｌ）??图１－３固体燃料化学链燃烧技术燃料反应器内的主要反应过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｍａｉｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?ｆｕｅｌ?ｒｅａｃｔｏｒ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌｏｏｐｉｎｇ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??第一种是先对煤等固体燃料在Ｈ２０或Ｃ０２气氛下进行气化，生成以ＣＯ和Ｈ２为主的合成气，??再通过合成气与载氧体间接实现固体燃料化学链燃烧，可称为合成气化学链燃烧（Ｓｙｎｇａｓ－ＣＬＣ）。??此过程涉及到煤的热解以及煤焦的气化，煤焦的气化反应速率和载氧体的释氧率是制约整个反应??的关键，具体过程如下所示：??煤热解：Ｃｏａｌ—＞■?丫?Ｖｏｌａｔｉｌｅｓ＋（１－丫）Ｃｈａｒ?（１－７）??煤焦气化：Ｃ＋Ｈ２０?—ＣＯ＋Ｈ２?Ｃ＋Ｃ０２－＞２Ｃ０?（１－８）??燃烧反应：ＭｅｘＯｙ＋ＣＯ?—ＭｇＣ＾＋ＣＣ＾?ＭｅｘＯｙ＋Ｈ２?—Ｍｅ＾ｎ＋ＨｚＯ?（１－９）??第二种是直接将煤等固体燃料直接输送到燃料反应器中发生化学链燃烧反应，称为固体
【参考文献】：
期刊论文
[1]CuFe2O4载氧体的释氧特性及其对煤化学链气化的影响[J]. 张将,沈来宏,冯璇,王璐璐. 燃烧科学与技术. 2019(03)
[2]Study on the emission characteristics of nitrogen oxides with coal combustion in pressurized fluidized bed[J]. Zheng Gong,Yingjuan Shao,Lei Pang,Wenqi Zhong,Chao Chen. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(05)
[3]化学链技术在煤炭清洁高效利用中的研究进展[J]. 史晓斐,杨思宇,钱宇. 化工学报. 2018(12)
[4]新疆和丰煤分段热解过程中产物组成的演变规律[J]. 邹达,白翔,李显,赵渊,马凤云,王伟,钟梅. 煤炭学报. 2018(03)
[5]五彩湾煤镜质组与惰质组在热解中的相互作用[J]. 杨群,常海洲,杜帅,赵月峰,王璐,余治昊. 燃料化学学报. 2015(11)
[6]Investigation of non-isothermal and isothermal gasification process of coal char using different kinetic model[J]. Wang Guangwei,Zhang Jianliang,Shao Jiugang,Li Kejiang,Zuo Haibin. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(01)
[7]以煤为燃料的化学链燃烧研究进展[J]. 李振山,鲍金花,孙宏明,徐雷,蔡宁生. 中国电机工程学报. 2014(29)
[8]Sulfur evolution in chemical looping combustion of coal with MnFe2O4 oxygen carrier[J]. Baowen Wang,Chuchang Gao,Weishu Wang,Haibo Zhao,Chuguang Zheng. Journal of Environmental Sciences. 2014(05)
本文编号：3531015
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２０１８年我国全年能源消耗??．－＇
宁夏大学硕士学位论文?第一章绪论??Ｎ２＋０２?Ｃ０２＋Ｈ２０?Ｉ?ＩＩ?＾??介介???ｕ???Ｕ??ｈ２ｏ??空气反应器?燃料反应器??（氧化反应）?２?（还原反应）??＜??介?介??空气?燃料??图１－２化学链燃烧原理示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌｏｏｐｉｎｇ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??ＣＬＣ系统由两个连接的流化床反应器组成，分别为空气反应器（ａｉｒ?ｒｅａｃｔｏｒ）和燃料反应器（ｆｌｉｅｌ??ｒｅａｃｔｏｒ）?［５６］。首先，在燃料反应器中，固体载氧体通过释放晶格氧将燃料完全氧化，同时生成Ｃ０２??和水蒸气，由于其间没有空气的参与，将水蒸气冷凝后即可得到高纯度的ｃｏ２，无需借助额外能??量进行分离提纯，所得的高纯度Ｃ０２可用作其它用途，具体反应式见式（１－１）。其次，在燃料反??应器被还原的载氧体被输送到空气反应器中，通过与空气中的氧结合，完成被还原载氧体的氧化，??从而实现载氧体的循环再生［５７］，具体反应见式１－２。传统的燃料燃烧反应如式（１－６）所示，可看??做式（１－４）和式（１－５）的结合。??ＣｎＨ２ｍ＋（２ｎ＋ｍ）ＭｅｘＯｙ?—＞?ｎＣ〇２＋ｍＨ２〇＋（２ｎ＋ｍ）ＭｅｘＯｙ＿ｉ?（１－４）??２ＭｅｘＯｙ＿ｉ＋〇２?—?２Ｍｅｘ０ｙ?（１－５）??ＣｎＨ２ｍ＋（ｎ＋ｍ／２）〇２?—?ｍＨ２〇＋ｎＣ〇２?（１－６）??化学链技术通过载氧体的循环再生间接地将空气中的氧以晶格氧的形式传递给燃料，从而实??现避免与空气接触的绿色燃烧技术［５８￥］。传统的燃烧技术不仅会生成大量的ｃｏ２，而且由于空气??的的引入使得
宁夏大学硕士学位论文?第一章绪论??１．３．２固体燃料化学链技术技术原理??固体燃料与载氧体之间的反应为固固反应，由于无法充分接触难以进行。目前实验固体燃料??化学链燃烧主要有两种途径，如图１－３所示。??ｃｏ２?ｈ２ｏ?ｃ〇２?ｈ２ｏ?Ｃ〇２?ＣＯ，??ｒ?＼?ｒ?＼?ｙ??Ｊ?＼?Ｏｘｙｇｅｎ－Ｃａｒ＾?＼?ｆ?Ｃｈａｒ??ｃｏｆ?ｍ。２??丫?？?霸Ｊ０—ｉｅｒ??Ｓｙｎｇａｓ?Ｈ，０?ａｎｄ／ｏｒ?ＣＯ，?Ｃ０２??Ｓｙｎｇａｓ－ＣＬＣ?（ｇａｓ?ｆｕｅｌ）?ＩＧ－ＣＬＣ?（ｓｏｌｉｄ?ｆｕｅｌ）?ＣＬＯＵ?（ｓｏｌｉｄ?ｆｕｅｌ）??图１－３固体燃料化学链燃烧技术燃料反应器内的主要反应过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｍａｉｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?ｆｕｅｌ?ｒｅａｃｔｏｒ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌｏｏｐｉｎｇ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??第一种是先对煤等固体燃料在Ｈ２０或Ｃ０２气氛下进行气化，生成以ＣＯ和Ｈ２为主的合成气，??再通过合成气与载氧体间接实现固体燃料化学链燃烧，可称为合成气化学链燃烧（Ｓｙｎｇａｓ－ＣＬＣ）。??此过程涉及到煤的热解以及煤焦的气化，煤焦的气化反应速率和载氧体的释氧率是制约整个反应??的关键，具体过程如下所示：??煤热解：Ｃｏａｌ—＞■?丫?Ｖｏｌａｔｉｌｅｓ＋（１－丫）Ｃｈａｒ?（１－７）??煤焦气化：Ｃ＋Ｈ２０?—ＣＯ＋Ｈ２?Ｃ＋Ｃ０２－＞２Ｃ０?（１－８）??燃烧反应：ＭｅｘＯｙ＋ＣＯ?—ＭｇＣ＾＋ＣＣ＾?ＭｅｘＯｙ＋Ｈ２?—Ｍｅ＾ｎ＋ＨｚＯ?（１－９）??第二种是直接将煤等固体燃料直接输送到燃料反应器中发生化学链燃烧反应，称为固体
【参考文献】：
期刊论文
[1]CuFe2O4载氧体的释氧特性及其对煤化学链气化的影响[J]. 张将,沈来宏,冯璇,王璐璐. 燃烧科学与技术. 2019(03)
[2]Study on the emission characteristics of nitrogen oxides with coal combustion in pressurized fluidized bed[J]. Zheng Gong,Yingjuan Shao,Lei Pang,Wenqi Zhong,Chao Chen. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(05)
[3]化学链技术在煤炭清洁高效利用中的研究进展[J]. 史晓斐,杨思宇,钱宇. 化工学报. 2018(12)
[4]新疆和丰煤分段热解过程中产物组成的演变规律[J]. 邹达,白翔,李显,赵渊,马凤云,王伟,钟梅. 煤炭学报. 2018(03)
[5]五彩湾煤镜质组与惰质组在热解中的相互作用[J]. 杨群,常海洲,杜帅,赵月峰,王璐,余治昊. 燃料化学学报. 2015(11)
[6]Investigation of non-isothermal and isothermal gasification process of coal char using different kinetic model[J]. Wang Guangwei,Zhang Jianliang,Shao Jiugang,Li Kejiang,Zuo Haibin. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(01)
[7]以煤为燃料的化学链燃烧研究进展[J]. 李振山,鲍金花,孙宏明,徐雷,蔡宁生. 中国电机工程学报. 2014(29)
[8]Sulfur evolution in chemical looping combustion of coal with MnFe2O4 oxygen carrier[J]. Baowen Wang,Chuchang Gao,Weishu Wang,Haibo Zhao,Chuguang Zheng. Journal of Environmental Sciences. 2014(05)
本文编号：3531015
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