三种煤的热解和气化特性研究

论文摘要

随着我国经济的长期高速发展,对能源的需求日益增长。我国石油、天然气资源严重不足,以相对充足的煤炭资源作为我国能源消费主要支柱的局面必然长期存在。开发先进的洁净煤技术来替代我国目前落后的煤炭利用技术已迫在眉睫。发展基于煤气化的煤基能源系统是在可预见范围内最有效的技术途径。以煤气化为基础的能源系统能较好地解决煤转化过程中提高效率和降低污染物排放的问题。论文主要以东北贫煤,山西阳泉无烟煤,云南小龙潭褐煤为研究对象,对这三种煤在热解过程中的物理化学结构特性进行研究。考察制焦终温,升温速率等因素对煤焦气化反应性及煤焦结构的影响。论文首先研究水洗,酸洗对三种原煤结构的影响,结果表明:酸洗除灰的效果优于水洗,而酸洗中,褐煤的除灰效率最高;水洗主要去除了灰分中溶于水的硅铝酸盐,以及一些碱金属,酸洗可以有效的去除灰中的碱金属,使灰中的SiO2,Al2O3等矿物质大幅度的减少;不管酸洗还是水洗,基本上不影响煤中的有机官能团,只是改变了煤中灰分的含量及成分。对三种煤采取不同的升温速率、热解终温在管式炉上开展热解实验研究。采用等温气体吸附/脱附法测定焦样的物理特性。利用FTIR研究热解过程中焦的化学结构演化行为。研究煤阶、升温速率、热解终温对煤焦物理特性的影响。结合便携红外检测热解过程气体产物的释放情况,尤其是N,S的析出特性,从而了解三种典型煤种热解过程中的化学变化情况。利用热重分析仪对不同工况下备的煤焦的CO2气化特性进行研究。采用最大反应性来衡量焦的气化反应性,分析各种煤焦的气化特性及气化速率随转化率的变化情况。同时研究煤种、热解条件对煤焦气化反应速率的影响。选用扩散模型对焦气化特性进行动力学分析,获得不同焦样的反应动力学参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 煤气化基本理论及主要影响因素
• 1.1.1 煤的热解
• 1.1.2 煤焦气化基本反应
• 1.1.3 煤焦气化影响因素
• 1.1.4 煤焦气化活性的评价
• 1.2 论文主要研究内容
• 2 洗煤对煤物理/化学特性的影响
• 2.1 煤中矿物质的来源及危害
• 2.1.1 煤中矿物质的来源
• 2.1.2 煤中矿物质或灰分的不利影响
• 2.2 煤的酸洗水洗及相关测试方法
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 煤样选取及制备
• 2.2.3 酸洗水洗过程
• 2.2.4 低温灰化
• 2.2.5 XRF 分析
• 2.2.6 傅立叶红外实验
• 2.3 洗煤煤灰成分变化
• 2.3.1 洗煤对灰分的影响
• 2.3.2 煤灰化学成分的变化
• 2.4 煤化学结构变化
• 2.5 小结
• 3 煤热解过程中颗粒物理/化学结构的演化
• 3.1 煤焦的制备及相关检测方法
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 煤焦制备
• 3.1.3 比表面测定
• 3.2 热解条件对物理结构的影响
• 3.2.1 吸附等温曲线形态分析
• 3.2.2 解吸附曲线
• 3.2.3 比表面积
• 3.2.4 孔径随比表面积的分布
• 3.3 热解条件对煤化学结构的影响
• 3.4 煤热解过程氮，硫的转化析出规律
• 3.4.1 慢焦热解过程中氮的析出规律
• 3.4.2 慢速热解过程中硫的析出规律
• 3.5 小结
• 4 煤焦结构对气化过程影响
• 4.1 煤焦气化实验
• 4.1.1 实验仪器及系统
• 4.1.2 气化实验
• 2 气化反应性及影响因素'>4.2 煤焦CO₂气化反应性及影响因素
• 2 气化热重分析'>4.2.1 焦CO₂气化热重分析
• 4.2.2 煤焦气化反应性研究
• 4.3 煤焦非等温热重法的气化动力学
• 4.3.1 煤气化反应动力学基础
• 4.3.2 气固反应模型
• 4.3.3 煤焦的气化反应动力学计算
• 4.4 小结
• 5 全文总结及进一步工作的建议
• 5.1 论文主要结论
• 5.2 今后工作的建议
• 致谢
• 参考文献