煤熱解與氣化反應性的研究.pdf

1、中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國之一，能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主的局面在今后幾十年內(nèi)不會有根本改變。目前中國的煤炭利用主要形式是直接燃燒，造成中國的煤炭利用效率低，環(huán)境污染嚴重。為此，中國從20世紀90年代開始大力推廣潔凈煤技術(shù)，其中煤氣化技術(shù)是重要的核心技術(shù)。煤氣的熱能利用效率高，污染少，便于運輸和利用，得到廣泛應用。而考察硫元素在熱解和氣化等轉(zhuǎn)化過程中的變遷規(guī)律將有助于脫硫工藝的開發(fā)和完善，降低污染，保護環(huán)境。本論文選取“煤熱解與氣化反應

2、性的研究”作為研究課題，用固定床反應器對三種煤進行熱解實驗研究，分析了熱解過程中氣態(tài)產(chǎn)物的分布，并借助非等溫熱重技術(shù)對煤的熱解反應性進行了研究，從而取得相關的動力學參數(shù)，以期為進一步的基礎理論研究提供參考；通過固定床和流化床反應器分析了煤焦與水蒸汽和二氧化碳氣化介質(zhì)的反應性，對煤焦在CO<,2>氣氛下的反應進行了動力學分析；實驗還對熱解和氣化過程中硫的逸出規(guī)律進行了研究。 熱解實驗結(jié)果表明： (1)煤的熱解反應分三個階段

3、進行，相同熱解條件下隨著煤階的增高，TG和DTG曲線逐漸向高溫區(qū)移動，熱解各階段的失重量逐漸減少，隨著最大失重溫度的增加，煤的熱解反應性減??；且由于熱解各階段反應機理和歷程的不同，取得的動力學參數(shù)也有所不同，其活化能值介于8．93—72．23kJ/mol之間，進行理論值與實驗值的對比之后，發(fā)現(xiàn)兩者相關性較好。 (2)由于煤中含有化學鍵和結(jié)構(gòu)官能團的不同，在熱解過程中，隨著熱解溫度的變化，不同煤種氣態(tài)產(chǎn)物的分布不同，其CO和CO<

4、,2>的生成量與煤中的氧含量有關，而生成的含氫氣態(tài)產(chǎn)物的逸出量與煤中H/O原子比有很大的關系。 (3)熱解過程中煤中的硫主要以H<,2>S和少量COS的形式逸出到氣相，生成含硫氣體的量與煤中含硫量密切相關。把煤經(jīng)過脫灰處理后，考察了酸處理前后熱解過程中硫的變遷規(guī)律，發(fā)現(xiàn)原煤中硫的逸出量較脫灰后有顯著降低，這是原煤中堿性礦物質(zhì)的固硫作用引起的。氣化實驗結(jié)果表明： (1)在水蒸汽氣化和CO<,2>氣化反應過程中，三種煤的氣化

5、反應性大小為伊泰煤焦>靈石煤焦>河津煤焦，三種煤的氣化反應性與三種煤在熱解過程中的反應性相同，這主要是由三種煤的煤階決定的，相同條件下，低階煤的熱解和氣化反應性均高于高階煤：在900--1100℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，煤焦的氣化反應性隨之提高，同時根據(jù)在反應過程中碳轉(zhuǎn)化率與時間的關系發(fā)現(xiàn)水蒸汽氣化的效果明顯好于CO<,2>的氣化效果。 (2)煤焦在兩種氣氛下的硫逸出規(guī)律有很大的差異，在CO<,2>氣氛下氣化，硫大部分以COS的