煤中形态硫在热解过程中的转化和迁移规律

论文摘要

本实验在常压固定床反应器中对五种煤样进行热解实验,采用定硫仪测得气相中总硫,同时利用化学分析方法对三种中高硫煤热解前后的形态硫进行了剖析,得出了以下主要结论:煤热解产物的分布规律:在低温区(400℃),热解和加氢热解产物分布差别不大,而低温氧化法处理的煤样,其挥发分量均有不同程度的提高。随温度的增加,所有气氛下的失重率都增加。煤热解过程中硫在气相中的迁移规律:(1)提高终温及使用还原性气氛均能促进挥发分的释出,从而促进气相中硫的逸出。煤热解过程中挥发分和气相逸出总硫之间的关系与形态硫的转化和迁移规律有关。(2)煤样在热解过程中气相逸出的硫峰分别在两个区间:第一峰在300℃左右,第二个峰在600~750℃。300℃左右应属于不稳定的有机硫,是脂肪族硫醇、聚硫醚、芳香族硫醚和二硫化物。在600℃和700℃左右的硫逸出峰应属于稳定的有机硫,是黄铁矿、二芳基硫醚和噻吩类含硫化合物。(3)当气相逸出总硫的相对含量小于或等于挥发分释出的相对含量时,焦中全硫的含量大于或等于原煤中的全硫;而当气相逸出总硫的相对含量大于或等于挥发分释出的相对含量时,焦中全硫的含量小于或等于原煤中的全硫。煤热解过程中硫在固相中的迁移规律:(1)煤低温热解时,于惰性气氛(N2)下相比较,对于煤中硫化铁硫而言,还原性气氛和空气气氛均能促进其分解,而还原性气氛的脱除效果高于空气气氛;对于煤中有机硫而言,还原性气氛和空气气氛均能促进其分解,而空气气氛的脱除效果高于还原性气氛。(2)硫化铁硫在400℃已经开始分解,而且还原性气氛(H2,CO)能促进其分解;600℃时所有气氛下硫化铁硫分解基本完成。(3)低于600℃时,不同煤阶中有机硫种类的不同致使气氛对有机硫分解作用有异。800℃时三种煤样仅在H2气氛下能促进较稳定的有机硫(如噻吩、聚芳基硫醚等)的分解。气相中硫主要是煤中有机硫热分解的结果,与硫化铁硫的分解几乎没有影响。(4)在空气气氛下,硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸镁和硫酸钙分解反应的起始温度分别为500℃、600℃、850℃和1000℃左右。在空气气氛下,CaSO4中添加17%(wt)Fe2O3能明显提高硫的转化率且降低其分解的起始温度,而添加17%(wt)CuCl2的作用并不明显。添加17%(wt)氧化铁或50%(wt)活性炭均能促进CaSO4的热分解,且产物以CaS为主。添加剂氧化铁须在还原性气氛下使用,而添加剂活性炭的使用与气氛无关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 中国煤中硫
• 1.1.1 煤中硫分的分级
• 1.1.2 煤中硫分的分布规律
• 1.1.3 煤中硫分提高的原因
• 1.2 中高硫煤的利用
• 1.2.1 中高硫煤的燃烧
• 1.2.2 中高硫煤的炼焦
• 1.2.3 中高硫煤的气化
• 1.2.4 中高硫煤的液化
• 2 的排放及处理'>1.2.5 SO₂的排放及处理
• 1.3 煤的热解
• 1.3.1 煤的热解
• 1.3.2 煤的热解分类
• 1.3.3 煤的热解过程
• 1.4 煤热解过程中硫的迁移规律
• 1.4.1 煤中形态硫热解时的热力学理论数据
• 1.4.2 惰性气氛下煤的热解及硫的变迁行为
• 1.4.3 还原性气氛下煤的热解及硫的变迁行为
• 1.4.4 氧化性气氛下煤的热解及硫的变迁行为
• 1.5 煤热解过程中形态硫的迁移规律研究进展
• 1.6 研究目的与内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验样品
• 2.1.1 煤样的选取和制备
• 2.1.2 硫酸盐选取和制备
• 2.2 热解实验装置
• 2.3 定硫仪
• 2.3.1 定硫仪的组成及其工作流程
• 2.3.2 定硫仪的工作曲线
• 2.3.3 原煤和半焦中的全硫的测定
• 2.3.4 空气气氛下各种硫酸盐的热分解
• 2.4 热分析实验装置
• 2.4.1 热分析装置及流程
• 2.4.2 热分析测定过程
• 2.5 分析测定方法
• 2.5.1 气体产品分析
• 2.5.2 液体产品分析
• 2.5.3 固体产品分析
• 第三章 煤热解产物的分析
• 3.1 固定床热解产物分析
• 3.1.1 气氛对煤低温热解产物的影响
• 3.1.2 煤化程度对煤低温热解产物的影响
• 3.1.3 终温对煤热解产物的影响
• 3.2 热重热解产物分析
• 3.3 总结
• 第四章 煤热解过程中形态硫的迁移规律
• 4.1 煤热解过程中硫在气相中的迁移规律
• 4.1.1 煤热解过程中气相中总硫和挥发分的关系
• 4.1.2 挥发分和气相中的总硫关系对焦样中总硫的影响
• 4.1.3 气相中逸出硫峰的判断
• 4.2 煤热解过程中硫在固相中的迁移规律
• 4.2.1 煤热解过程中硫在固相中的迁移规律
• 4.2.2 气氛对煤低温热解固相中形态硫的影响
• 4.2.3 终温对煤热解固相中形态硫的影响
• 4.3 气液固三相中硫的分布
• 4.3.1 气氛对煤低温热解气液固三相中硫的分布
• 4.3.2 终温对三相中硫的迁移规律的影响
• 4.3.3 三相中硫的分布规律
• 4.4 结论
• 第五章 硫酸盐模型化合物在热解过程中的分解规律
• 5.1 空气气氛下不同硫酸盐的热分解
• 5.2 空气气氛下添加剂对硫酸钙热分解的影响
• 4-17%Fe₂O₃和CaSO₄-50% C 热解的影'>5.3 气氛对CaSO₄-17%Fe₂O₃和CaSO₄-50% C 热解的影
• 5.3.1 气氛对气相中硫逸出的影响
• 4-17%Fe₂O₃和CaSO₄-50% C 热解产物中硫的分'>5.3.2 CaSO₄-17%Fe₂O₃和CaSO₄-50% C 热解产物中硫的分
• 5.4 结论
• 第六章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 今后的工作
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文