煤的热解转化和脱硫研究

发布时间：2020-05-31 11:49

【摘要】：燃煤排放的SO_2是引起大气污染的重要原因,因此煤中硫的脱除是洁净煤研究的重要课题。本论文以提高煤热解脱硫率和焦油产率为目标,主要研究了热解和加氢热解过程中硫的变迁规律和矿物质对热解脱硫的影响,归纳了影响煤热解脱硫效率的几个主要问题。针对这些问题,探讨了三种新的热解脱硫过程。论文具体的研究内容和取得的研究结果包括: 1.以神府煤和霍林格勒煤为例,在热重分析仪上考察了煤中矿物质以及三种外加矿物质Al_2O_3、CaO和K_2CO_3对煤热解反应性和动力学的影响。试验结果表明:煤的内在矿物质对煤的热解转化影响不大;对于高灰煤,由于煤中矿物质本身的热分解,原煤的热解转化率比脱灰煤略高。所研究的三种外加矿物质对煤热解转化有催化作用,催化特性与矿物质种类和煤本身性质有关。外加矿物质可改变煤热解的特征温度并降低煤热解的活化能。 2.在加压固定床上研究了矿物质对义马煤热解和加氢热解产物分布规律以及不同形态硫转化的影响。研究发现,在氮气气氛下热解,煤中的矿物质对煤本身的大分子碳骨架裂解没有影响,不能改变煤的热解转化率,但可催化初级挥发分为气态小分子,减少焦油收率,即改变初级挥发分在气液相中的分配;在氢气气氛下热解,煤中的矿物质对煤的整个热解过程都有催化作用。研究结果表明,煤中碱性矿物质的固硫作用、黄铁矿分解不彻底,以致形成难以分解的FeS滞留于半焦,以及黄铁矿硫向有机硫的转化是影响煤热解脱硫效率提高的三个主要问题。 3.探讨了在煤中添加KOH/NaOH热解并结合水洗的两步法热解脱硫过程。试验结果表明:在高硫煤中加入一定量的KOH或NaOH和煤共热解,使煤中的硫尽可能转化为易溶于水的钾盐或钠盐,然后对半焦水洗,这种两步法脱硫过程可以大幅度提高煤热解和加氢热解脱硫率,明显降低半焦的硫含量。义马煤和兖州煤添加10%的KOH或NaOH时,在600℃的热解和加氢热解脱硫效率可以达到70～80%,半焦硫含量可降低到原煤的三分之一左右。在该过程中,氢气在提高脱硫效率方面的优势并不十分明显,因此无需采用加氢热解。 4.研究了在热解气氛中添加部分乙烯对热解脱硫的影响。结果发现,在热解反应过程中,通过添加乙烯作为含硫化合物(主要是H_2S、单质硫聚合物等)的俘获剂,可以抑制二次固硫反应,提高煤的热解半焦产率和脱硫率,降低半焦含硫量。乙烯对煤热解脱硫提高的效果与煤本身的性质以及煤中硫的形态有关。
【图文】：

示意图,煤热解,挥发分,过程

水、COZ、CO、高级烃、低级烃和氢。这种顺序并不是十分精确的，在相当宽的温度范围内是互相重叠的。图1.1是煤热解过程及发生的主要化学反应示意图[8]。从图中看出，煤的热解过程包括两个基本步骤:第一步是煤发生热分解，大分子碎裂，主要反应是自由基形成。自由基的聚合一缩聚形成焦炭，自由基的稳定产生初级挥发分;第二步是初级挥发分扩散到气相，在这期间挥发份将发生二次反应。二次反应主要有初级挥发分裂解为小分子的烃类和气体，还有初级挥发分之间发生脱气反应，重新聚合为焦炭。二次反应对最终热

加氢热解,产物分布,热解产物,压力

压力对热解和加氢热解产物分布的影响实验是在反应温度为600℃，，氮气或氢气流速0.SL/mni，终温停留时间为3Omni的条件下进行。从图3.16a可以看出，在热解过程中，热解水随压力变化不大，压力由O.IMPa增加到2.OMPa，半焦收率由74.3%增加到76.3%，而焦油和气体产率分别降低1%左右。压力的增加将增加传质阻力，抑制挥发份从煤颗粒中的逸出，增加其重新聚合成半焦的机会，导致了半焦收率增加、焦油和气体产率下降。从图3.16b可以看出，在加氢热解过程中，压力的增加明显增加焦油的产率，降低半焦收率。当压力由O.IMPa增加到.2OMPa时，焦油产率由.93%上升到14.0%
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ530.2;X701.3

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