热解、气化过程中燃料-N的形态转化及迁移规律研究

论文摘要

为最终实现减少固体燃料的热解、气化技术中NOx的排放,需要NOx及其前驱物的生成和破坏的具体信息。本文在Ar、CO2、Ar与O2混合气和Ar与H2O（蒸气）混合气气氛下,利用固定床反应器对固体燃料进行了系统的热解、气化实验,采用红外光谱仪在线检测产物气体中NH3、HCN和NO的浓度,阐述了NH3、HCN和NO的释放特性,分析了氮的迁移转化规律。DT（大同）煤和NM（霍林河）煤中的煤-N主要以N-5存在；600℃热解时,DT煤焦中的N-6绝对质量增加,FS（抚顺）煤和NM煤焦中的N-6绝对质量减少；1000℃热解时,N-6绝对质量大量减少,FS煤焦中出现了显著数量的N-Q；Ar气氛下热解时,NH3的生成量多于NO和HCN；700℃之前,有显著数量的NH3和HCN生成。与Ar气氛下热解相比：O2的存在使NO和HCN的生成温度大幅度升高；CO2促进了NO的生成,同时抑制了NH3的生成；H2O（蒸汽）的存在显著促进了NO、NH3和HCN的生成,其生成量大幅度增加。生物质热解时,NO、NH3和HCN的生成主要在800℃之前；JM（锯末）热解NO、NH3和HCN的生成温度明显高于DC（稻草）和MG（麦杆）；DC热解生成的NH3、HCN和NO量最多；HCN的生成温度明显高于NH3的生成温度；低温下NH3的生成至少部分与生物质中氨基结构的分解有关；HCN的生成主要来自于生物焦中含氮结构的二次裂解。与Ar气氛下热解相比：O2的存在抑制了HCN的生成,使HCN生成量大幅度减少；CO2的存在,促进了NO的生成,抑制了NH3和HCN的生成；H2O（蒸汽）的存在显著促进了NO、NH3和HCN的生成,使其生成量大幅度增加。污泥热解过程中NOx前驱物的生成量与污泥中的N含量明显相关；NO的生成主要位于320-600℃范围；200℃开始生成NH3,330℃左右达峰值；GZ（广州）污泥和LWZ（龙王嘴）污泥热解过程中HCN的释放特性相似,HCN生成主要发生在300-800℃范围。与Ar气氛下热解相比,O2的存在,低温时抑制了NO和HCN的生成；CO2的存在促进了NO、NH3和HCN的生成,使NO、NH3和HCN的生成量增加；H2O（蒸汽）的存在促进了NO和NH3的生成,使其生成量增加。FS煤分别与DC、JM和MG混合在不同气氛下热解、气化时,与FS煤在相应气氛下热解、气化时相比：心气氛下热解时,NO的生成温度升高,其生成量大幅度减少：NH3的生成温度大幅度降低；HCN生成量减少。心和O2混合气气氛下气化时,NO的生成温度大幅度降低,其生成量增加；NH3和HCN的生成量减少。CO2气氛下气化时,NO的生成温度升高,其生成量减少；NH3的生成温度大幅度降低,其生成量大幅度增加；HCN的生成温度升高。H2O（蒸汽）气氛下气化时,NO和HCN的生成温度升高,其生成量减少；NH3的生成温度大幅度降低,其生成量减少。FS煤分别与GZ污泥、LWZ污泥和NTZH污泥混合在不同气氛下热解、气化时,与FS煤在相应气氛下热解、气化时相比：Ar气氛热解时,NO的生成温度大幅度升高,其生成量减少；NH3的生成温度大幅度降低,其生成量大幅度增加；HCN的生成温度大幅度降低。Ar和O2混合气气氛下气化时,NO的生成温度不变,其生成量增加；NH3和HCN的生成温度降低,其生成量大幅度增加。CO2气氛下气化时,NO的生成量减少；NH3和HCN的生成温度大幅度降低,其生成量增加。H2O（蒸汽）气氛下气化时,NO的生成量大幅度减少；NH3的生成温度大幅度降低,其生成量增加；HCN的生成温度升高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 煤热解、气化过程中氮的迁移转化研究现状
• 1.3 生物质热解、气化过程中氮的迁移转化研究进展
• 1.4 污泥热解、气化过程中氮的迁移转化研究现状
• 1.5 煤与生物质混合热解、气化过程中氮的迁移转化研究进展
• 1.6 煤与污泥混合热解、气化过程中氮的迁移转化研究现状
• 1.7 本文主要研究内容
• 2 煤热解、气化过程中氮的迁移转化研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验方案
• 2.3 Ar气氛下热解过程中煤-N的迁移转化
• 2混合气气氛下气化过程中煤-N的迁移转化'>2.4 Ar和O₂混合气气氛下气化过程中煤-N的迁移转化
• 2气氛下气化过程中煤-N的迁移转化'>2.5 CO₂气氛下气化过程中煤-N的迁移转化
• 2O（蒸汽）气氛下气化过程中煤-N的迁移转化'>2.6 H₂O（蒸汽）气氛下气化过程中煤-N的迁移转化
• 2.7 本章小结
• 3 生物质热解、气化过程中氮的迁移转化研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方案
• 3.3 Ar气氛下热解过程中生物质-N的迁移转化
• 2混合气气氛下气化过程中生物质-N的迁移转化'>3.4 Ar和O₂混合气气氛下气化过程中生物质-N的迁移转化
• 2气氛下气化过程中生物质-N的迁移转化'>3.5 CO₂气氛下气化过程中生物质-N的迁移转化
• 2O（蒸汽）气氛下气化过程中生物质-N的迁移转化'>3.6 H₂O（蒸汽）气氛下气化过程中生物质-N的迁移转化
• 3.7 本章小结
• 4 城市污泥热解、气化过程中氮的迁移转化研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案
• 4.3 Ar气氛下热解过程中污泥-N的迁移转化
• 2混合气气氛下气化过程中污泥-N的迁移转化'>4.4 Ar和O₂混合气气氛下气化过程中污泥-N的迁移转化
• 2气氛下气化过程中污泥-N的迁移转化'>4.5 CO₂气氛下气化过程中污泥-N的迁移转化
• 2O（蒸汽）气氛下气化过程中污泥-N的迁移转化'>4.6 H₂O（蒸汽）气氛下气化过程中污泥-N的迁移转化
• 4.7 本章小结
• 5 煤与生物质混合热解、气化过程中氮的迁移转化研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方案
• 5.3 Ar气氛下热解过程中燃料-N的迁移转化
• 2混合气气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化'>5.4 Ar和O₂混合气气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化
• 2气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化'>5.5 CO₂气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化
• 2O（蒸汽）气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化'>5.6 H₂O（蒸汽）气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化
• 5.7 本章小结
• 6 煤与污泥混合热解、气化过程中氮的迁移转化研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验方案
• 6.3 Ar气氛下热解过程中燃料-N的迁移转化
• 2混合气气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化'>6.4 Ar和O₂混合气气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化
• 2气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化'>6.5 CO₂气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化
• 2O（蒸汽）气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化'>6.6 H₂O（蒸汽）气氛下气化过程中燃料-N的迁移转化
• 6.7 本章小结
• 7 全文总结与建议
• 7.1 全文总结
• 7.2 创新点
• 7.3 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文
• 附录2 攻读学位期间参与课题