天然矿物质在煤/生物质热解过程中对硫转化行为的影响及机理

摘要

本论文选用山西临汾龙马煤、小麦秸秆和锯末作为实验原料,在固定床反应器中考察了煤、煤与生物质共热解过程中添加天然矿物质电气石、钠基膨润土、麦饭石对硫残留率的影响,并利用热重、XRD粉末衍射、扫描电镜、红外光谱分析以及动力学研究等方法初步探究了添加天然矿物质对煤与生物质热解过程中硫变迁行为影响的机理。主要结论如下:
　　1.煤热解过程中天然矿物质对硫变迁行为的影响
　　(1)在煤热解过程中,添加电气石、钠基膨润土和麦饭石时总硫残留率和有机硫残留率都增加,而添加电气石、钠基膨润土和麦饭石时硫酸盐残留率均显著降低;添加内蒙古电气石、麦饭石有利于煤中硫向硫化氢转化,添加麦饭石也有利于煤中硫向羰基硫转化。
　　(2)在煤热解过程中,随着停留时间的延长,龙马原煤总硫残留率、有机硫残留率先降低后增加,硫化铁硫残留率基本不变;添加河北电气石时总硫残留率、有机硫残留率随时间的延长明显下降,而添加钠基膨润土、内蒙古电气石、麦饭石时总硫残留率、硫酸盐硫残留率和黄铁矿硫残留率随停留时间的增加变化不明显。
　　(3)与添加麦饭石相比,煤热解过程中添加负载 CoMo的麦饭石(CoMoP/M)、负载硫酸的麦饭石(SO42-/M)使硫化氢的析出量增加。
　　2.煤与生物质共热解时天然矿物质对硫变迁行为的影响
　　(1)在热解温度为850℃、停留时间为30min时,煤与生物质共热解过程中随着麦秸秆或锯末比例增加,总硫残留率都是先降低后增加。当麦秸秆或锯末比例小于40％时,添加麦饭石使总硫残留率降低,而当麦秸秆或锯末比例大于40％时,添加麦饭石使总硫残留率增加。随着麦秸秆或锯末比例增加,添加麦饭石无机硫残留率减小,而有机硫残留率显著增加;煤与麦秸秆共热解添加麦饭石还有利于硫化氢的析出。
　　(2)龙马煤与麦秸秆或锯末(4:1)共热解时总硫残留率随温度升高而降低;添加河北电气石对总硫残留率影响不大,而添加麦饭石在较高温度下(>550℃)会降低总硫残留率。添加河北电气石或麦饭石时,无机硫残留率随温度变化没有明显规律性。
　　3.煤热解过程中天然矿物质对硫变迁行为影响的机理探究
　　从红外分析、XRD衍射分析、TPD、扫描电镜和动力学分析等分析表征结果可知:在煤热解过程中添加天然矿物质对固体残渣吸附性能、表面形貌、官能团的结构影响不大;另外结合煤热解过程中简单矿物质SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、KCl、Na2CO3对总硫残留率的影响规律,初步推断煤热解过程中天然矿物质电气石、钠基膨润土和麦饭石对硫转化行为的影响是由其本身组成成分以及其物理吸附性能所导致。

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目录

1文献综述及选题

1.1煤热解

1.2煤催化热解研究进展

1.3硫的存在形态

1.4煤热解过程中硫的分配及反应

1.5煤热解过程中矿物质对硫变迁行为影响的研究进展

1.6煤与生物质共热解过程中硫的变迁研究进展

1.7天然矿物质及其应用

1.8课题的提出及主要研究内容

2.实验样品﹑设备及分析方法

2.1实验原料的选择

2.2样品的热失重分析

2.3脱灰煤及改性麦饭石的制备

2.4设备及实验方法

2.5 分析测试方法

3煤热解过程中天然矿物质对硫变迁行为的影响

3.1不同天然矿物质对煤热解行为的影响

3.2不同温度下天然矿物质在煤热解过程中对硫变迁行为的影响

3.3不同停留时间下天然矿物质对硫变迁行为的影响

3.4 煤中内在矿物质对硫变迁行为的影响

3.5改性矿物质在煤热解过程中对硫变迁行为的影响

3.6小结

4煤与生物质共热解时天然矿物质对硫变迁行为的影响

4.1 煤与生物质共热解时不同生物质比例下麦饭石对硫变迁行为的影响

4.2电气石对煤与生物质共热解行为的影响

4.3煤与生物质共热解时不同天然矿物质对硫变迁行为的影响

4.4小结

5煤热解过程中天然矿物质对硫变迁行为影响的机理探究

5.1煤热解时简单矿物质对硫变迁行为的影响

5.2煤热解时简单矿物质混合物对硫变迁行为的影响

5.3天然矿物质的性质分析

5.4改性矿物质的表征及分析

5.5热解固体残渣的性质分析

5.6矿物质对煤热解动力学影响【19，36，114-115】

5.7小结

6总结与建议

6.1本论文主要结论

6.2本文主要的创新点

6.3今后的工作的建议

致谢

参考文献

附录