高硫煤与生物质共热解时有机硫的迁移规律
发布时间：2021-12-12 01:44
选取晋南和宁东地区的两种高硫煤作为研究对象,用HCl-HF-CrCl2对煤样进行脱矿物质处理。将脱矿物质煤与稻壳和木屑两种生物质分别按不同质量比进行混合,在不同温度下共热解,研究了混合半焦收率的实验值与计算值的差异,以及脱矿物质煤与生物质共热解对煤中有机硫逸出的促进作用,并对有机硫逸出率最大的样品进行了FTIR,XPS,BET表征,探讨了生物质促进煤热解过程中有机硫逸出的机理。结果表明:当升温速率为15℃/min,温度低于700℃时,脱矿物质煤与生物质共热解存在明显的协同效应,使得混合样热解的有机硫逸出率高于煤单独热解时的有机硫逸出率。FTIR分析表明脱矿物质晋南煤与生物质共热解过程中—■键消失,说明协同效应促进亚砜的分解;XPS分析表明最大有机硫逸出率下有机硫的种类及含量都减少,变化最明显的是脂肪族硫化物和砜类。
【文章来源】：煤炭转化. 2019,42(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图２脱矿物质煤和生物质单独热解时的半焦产率Ｆｉｇ．２Ｃｈａｒｙｉｅｌｄｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｃｏａｌａｎｄｂｉｏｍａｓｓ
最有可能产生协同效应。２．２脱矿物质煤与生物质单独热解时的半焦产率图２所示为脱矿物质煤和生物质在不同温度下图２脱矿物质煤和生物质单独热解时的半焦产率Ｆｉｇ．２Ｃｈａｒｙｉｅｌｄｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｃｏａｌａｎｄｂｉｏｍａｓｓ单独热解时的半焦产率。由图２可知，随着热解温度的升高，各样品热解半焦产率逐渐下降。在５００℃之前各样品的半焦产率变化最大，表明挥发分在５００℃之前可集中大量释放出来，由此推测脱矿物质煤和生物质在该温度区间下发生相互作用的可能性很高。２．３脱矿物质煤与生物质共热解时的半焦产率图３所示为脱矿物质煤与生物质共热解混合半焦产率的实验值与计算值。由图３可知，混合半焦产率随温度的升高而减小，结合图２可知混合半焦产率不是脱矿物质煤与生物质单独热解半焦产率的简单加和。不同温度下的混合半焦产率实验值与计算值有差异，差异越大表明协同效应程度越强［１２－１３］。由图３还可知，当热解温度在３００℃～５００℃时，实验值与计算值呈不规则变化；当热解温度高于５００℃时，混合半焦产率的计算值高于实验值，可能由于生物质ｎ（Ｈ）∶ｎ（Ｃ）和ｎ（Ｏ）∶ｎ（Ｃ）相对较高，共热解时提高了混合样的反应活性，导致混合样转化率增加，二次反应释放的热量促进混合样焦油的挥发，降低了半焦产率［１４］。图３脱矿物质煤与生物质共热解混合半焦产率的实验值与计算值Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｏｆｍｉｘｅｄｃｈａｒｙｉｅ
时高６．２８％；在ＣｏａｌＢ－ｄｅ中混入３０％的稻壳，共热解温度为５００℃时，有机硫逸出率比单独煤热解时高５．５５％。在ＣｏａｌＡ－ｄｅ中混入１０％的木屑，共热解温度为７００℃时，有机硫逸出率比单独煤热解时提高了７．２８％；在ＣｏａｌＢ－ｄｅ中混入７０％的木屑，共热解温度为５００℃时，有机硫逸出率比单独煤热解时提高了９．４４％。２．６生物质促进有机硫逸出的机理２．６．１共热解过程中官能团含量变化的ＦＴＩＲ分析图６所示为脱矿物质煤与混合半焦的ＦＴＩＲ谱。由图６可知，高于５００℃时位于２８００ｃｍ－１～３０００ｃｍ－１范围（图６中Ａ处）的Ｃ—Ｈ，—ＣＨ２—和图６脱矿物质煤与混合半焦的ＦＴＩＲ谱Ｆｉｇ．６ＦＴＩＲｓｐｅｃｔｒａｏｆｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｃｏａｌａｎｄｍｉｘｅｄｃｈａｒａ—ＣｏａｌＡ－ｄｅ，Ａ４ｃｈａｒａｎｄＢ１ｃｈａｒ；ｂ—ＣｏａｌＢ－ｄｅ，Ｃ２ｃｈａｒａｎｄＤ４ｃｈａｒ—ＣＨ３脂肪氢官能团基本消失，说明在该温度下这些活泼性高的官能团都易断裂。各混合半焦与煤半焦相比，随着热解温度的升高，位于１４４０ｃｍ－１～１６００ｃｍ－１（图６中Ｂ处）处的烷烃、苯酚和脂质的振动峰逐渐减弱。热解导致与煤大分子相连的弱键断裂，富氢自由基大量释放，在Ａ４和Ｂ１的半焦样品中，位于１０３０ｃｍ－１～１０７０ｃｍ－１处（图６ａ中Ｃ处）的—Ｓ?Ｏ键消失，这表明共热解促进亚砜
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国煤中硫含量分布特征及其沉积控制[J]. 唐跃刚,贺鑫,程爱国,李薇薇,邓秀杰,魏强,李龙. 煤炭学报. 2015(09)
[2]基于XRD、SEM与FTIR分析微波脱硫前后煤质的变化[J]. 杨彦成,陶秀祥,许宁. 煤炭技术. 2014(09)
[3]高硫煤与生物质共热解脱有机硫研究[J]. 么秋香,杜美利,张锦仁. 煤炭转化. 2014(03)
[4]热解条件对淮南煤焦孔隙结构的影响[J]. 李兴龙,许慎启,周志杰,于广锁. 煤炭转化. 2009(04)
[5]生物质与煤共热解时COS的析出特性研究[J]. 尚琳琳,程世庆,张海清,殷炳毅. 煤炭转化. 2007(02)
本文编号：3535772
【文章来源】：煤炭转化. 2019,42(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图２脱矿物质煤和生物质单独热解时的半焦产率Ｆｉｇ．２Ｃｈａｒｙｉｅｌｄｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｃｏａｌａｎｄｂｉｏｍａｓｓ
最有可能产生协同效应。２．２脱矿物质煤与生物质单独热解时的半焦产率图２所示为脱矿物质煤和生物质在不同温度下图２脱矿物质煤和生物质单独热解时的半焦产率Ｆｉｇ．２Ｃｈａｒｙｉｅｌｄｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｃｏａｌａｎｄｂｉｏｍａｓｓ单独热解时的半焦产率。由图２可知，随着热解温度的升高，各样品热解半焦产率逐渐下降。在５００℃之前各样品的半焦产率变化最大，表明挥发分在５００℃之前可集中大量释放出来，由此推测脱矿物质煤和生物质在该温度区间下发生相互作用的可能性很高。２．３脱矿物质煤与生物质共热解时的半焦产率图３所示为脱矿物质煤与生物质共热解混合半焦产率的实验值与计算值。由图３可知，混合半焦产率随温度的升高而减小，结合图２可知混合半焦产率不是脱矿物质煤与生物质单独热解半焦产率的简单加和。不同温度下的混合半焦产率实验值与计算值有差异，差异越大表明协同效应程度越强［１２－１３］。由图３还可知，当热解温度在３００℃～５００℃时，实验值与计算值呈不规则变化；当热解温度高于５００℃时，混合半焦产率的计算值高于实验值，可能由于生物质ｎ（Ｈ）∶ｎ（Ｃ）和ｎ（Ｏ）∶ｎ（Ｃ）相对较高，共热解时提高了混合样的反应活性，导致混合样转化率增加，二次反应释放的热量促进混合样焦油的挥发，降低了半焦产率［１４］。图３脱矿物质煤与生物质共热解混合半焦产率的实验值与计算值Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｏｆｍｉｘｅｄｃｈａｒｙｉｅ
时高６．２８％；在ＣｏａｌＢ－ｄｅ中混入３０％的稻壳，共热解温度为５００℃时，有机硫逸出率比单独煤热解时高５．５５％。在ＣｏａｌＡ－ｄｅ中混入１０％的木屑，共热解温度为７００℃时，有机硫逸出率比单独煤热解时提高了７．２８％；在ＣｏａｌＢ－ｄｅ中混入７０％的木屑，共热解温度为５００℃时，有机硫逸出率比单独煤热解时提高了９．４４％。２．６生物质促进有机硫逸出的机理２．６．１共热解过程中官能团含量变化的ＦＴＩＲ分析图６所示为脱矿物质煤与混合半焦的ＦＴＩＲ谱。由图６可知，高于５００℃时位于２８００ｃｍ－１～３０００ｃｍ－１范围（图６中Ａ处）的Ｃ—Ｈ，—ＣＨ２—和图６脱矿物质煤与混合半焦的ＦＴＩＲ谱Ｆｉｇ．６ＦＴＩＲｓｐｅｃｔｒａｏｆｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｃｏａｌａｎｄｍｉｘｅｄｃｈａｒａ—ＣｏａｌＡ－ｄｅ，Ａ４ｃｈａｒａｎｄＢ１ｃｈａｒ；ｂ—ＣｏａｌＢ－ｄｅ，Ｃ２ｃｈａｒａｎｄＤ４ｃｈａｒ—ＣＨ３脂肪氢官能团基本消失，说明在该温度下这些活泼性高的官能团都易断裂。各混合半焦与煤半焦相比，随着热解温度的升高，位于１４４０ｃｍ－１～１６００ｃｍ－１（图６中Ｂ处）处的烷烃、苯酚和脂质的振动峰逐渐减弱。热解导致与煤大分子相连的弱键断裂，富氢自由基大量释放，在Ａ４和Ｂ１的半焦样品中，位于１０３０ｃｍ－１～１０７０ｃｍ－１处（图６ａ中Ｃ处）的—Ｓ?Ｏ键消失，这表明共热解促进亚砜
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国煤中硫含量分布特征及其沉积控制[J]. 唐跃刚,贺鑫,程爱国,李薇薇,邓秀杰,魏强,李龙. 煤炭学报. 2015(09)
[2]基于XRD、SEM与FTIR分析微波脱硫前后煤质的变化[J]. 杨彦成,陶秀祥,许宁. 煤炭技术. 2014(09)
[3]高硫煤与生物质共热解脱有机硫研究[J]. 么秋香,杜美利,张锦仁. 煤炭转化. 2014(03)
[4]热解条件对淮南煤焦孔隙结构的影响[J]. 李兴龙,许慎启,周志杰,于广锁. 煤炭转化. 2009(04)
[5]生物质与煤共热解时COS的析出特性研究[J]. 尚琳琳,程世庆,张海清,殷炳毅. 煤炭转化. 2007(02)
本文编号：3535772
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