利用粉煤灰研制抗氮型促燃剂的研究

摘要

当前,包括我国在内的世界各国原油重质化和劣质化速度明显加快,已有大量的重油和劣质油囤积,这些资源的合理利用迫在眉睫。随着煤制油项目和焦化项目的上马,煤液化残渣及焦化蜡油等高氮油类大量产生。这些劣质油类难以完全燃烧,且燃烧过程中会产生烟尘(主要由碳黑和焦油构成)而造成环境污染,同时还会引起燃烧器传热效率下降,使重油设备受到腐蚀而不能正常工作。对于以上有机燃料,由于碱氮的存在,一般的促燃剂容易中毒而失去活性,从而失去促燃性能。而抗氮促燃剂能在很大程度上提高这类高氮燃料的燃烧效率,降低烟尘的排放量。本文以火电厂排放的固体废弃物——粉煤灰为原料,通过碱溶提取其中的Si元素,并将其作为抗氮基质来制备抗氮型促燃剂。首先对原料粉煤灰进行化学及物相分析,根据其化学与物相组成的特点,确立了利用较高浓度NaOH溶液低温条件下提取非晶态二氧化硅的工艺路线,克服低浓度氢氧化钠碱溶法需要对粉煤灰进行热处理、液固比较大,物料流量大且SiO2溶出率不高等主要弊端。研究了以氢氧化钠溶液为溶剂,低温常压下搅拌反应,考查了固定灰碱比条件下浸溶温度、碱浓度、搅拌时间等因素对非晶态二氧化硅溶出效果的影响。并利用正交试验法确定了提取非晶态SiO2最佳工艺条件:NaOH的浓度为8mol/L,灰碱质量比为2∶1,反应温度为95℃,反应时间为6h。从粉煤灰中将非晶态SiO2溶出以后,采用CO2气体沉淀法从提取液中中制备具有催化活性的SiO2基质,着重考察了碳分温度及碳分二氧化硅浓度对基质比表面积、孔结构的影响。实验证明该法制备的活性SiO2比表面积可达730㎡/g。实验结果显示:最佳的碳分条件为二氧化硅浓度45g/L、碳分温度30℃,该条件下通入CO2气体制备出的活性SiO2基质比表面积大、孔分布宽泛且性能稳定,具有发达的孔结构,这种结构的活性SiO2基质能提高反应的催化性能,可以用于异相催化反应中。将上述基质与超稳Y分子筛按比例打浆混合(即基质+分子筛),可制备成具有抗碱氮能力的促燃剂。结果表明,上述抗氮基质和超稳Y分子筛采用稀土金属铈直接浸渍的方式改性后(基质+分子筛+活性元素),催化促燃效果更加明显,能有效降低了煤液化残渣的燃点,提高了其燃烧效率。当添加量为5％时,煤液化残渣的燃点的降幅即达到8.4%,燃烧效率增加20.27%。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 粉煤灰的特性及主要利用方式

1.2.1 粉煤灰的基本特性

1.2.2 粉煤灰的主要利用方式

1.2.3 粉煤灰在催化方面的应用

1.3 抗氮型促燃剂的研究现状

1.3.1 抗氮型促燃剂的特点

1.3.2 抗氮性能的影响因素

1.4 本课题的目的、意义及研究内容

1.4.1 本课题研究的目的和意义

1.4.2 本课题研究的主要内容

第二章 实验材料及方法

2.1 实验试剂与仪器

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验试剂

2.1.3 实验仪器和设备

2.2 实验方法

2.2.1 粉煤灰中 Si0_2的提取方法

2.2.2 高比表面积基质的制备方法

2.2.3 促燃剂的制备方法

2.2.4 促燃剂促燃效果实验

2.3 分析和测试方法

2.3.1 粉煤灰化学成分分析

2.3.2 粉煤灰物相组成分析

2.3.3 二氧化硅提取液中硅含量的测定

2.3.4 所得基质的结构测定

2.3.5 铈含量测定

2.3.6 促燃效果测定

第三章 粉煤灰中二氧化硅的提取

3.1 实验原料的特性分析

3.1.1 粉煤灰的化学组成

3.1.2 粉煤灰的结构分析

3.2 粉煤灰中 Si0_2的碱溶提取原理

3.3 粉煤灰中提取非晶态二氧化硅的正交试验

本章小结

第四章 活性基质的制备

4.1 提取液中 Si0_2含量对基质比表面积及总孔体积的影响

4.2 碳分温度对活性 Si0_2粉体BET 比表面积及总孔体积的影响

本章小结

第五章 促燃剂制备及促燃性能

5.1 促燃原理初步理解

5.2 氮化物使促燃剂的中毒的机理

5.3 促燃剂制备

5.3.1 基质改性

5.3.2 REUSY 分子筛的制备

5.3.3 促燃剂组成

5.4 促燃性能

5.4.1 促燃剂对煤液化残渣燃点的影响

5.4.2 促燃剂对煤液化残渣放热量的影响

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢