水热改性对褐煤热转化过程中污染物释放及迁移规律影响研究

摘要

褐煤的脱水提质技术能够提高煤炭利用效率、降低能耗损失，已经成为低品质煤大规模利用的重点发展方向。水热改性作为一种高效、实用的脱水提质手段成为研究的热点问题。本文就水热改性对三种低品质煤热转化过程中氮、硫污染物释放及迁移影响规律进行了研究。
　　首先采用高温高压反应釜对准东烟煤、伊敏褐煤、昭通褐煤进行了200℃、250℃、300℃的水热改性实验，获取改性后煤样。发现水热改性确实大幅度脱除了煤中水份，提高了低位燃烧热值。
　　(1)利用X射线光电子能谱技术(XPS)对水热改性前后三种煤种氮、硫元素的赋存形态进行了研究，利用XPSPEAK分峰软件进行氮、硫元素的分峰拟合。发现水热改性确实破坏了煤中氮、硫官能团结构，使得煤中的N-5向N-6或者N-Q发生转化，多环芳烃结构的N-Q向N-6转化，煤分子边缘的N-Q向N-X转化;硫醇硫醚、亚砜、砜类硫可能会向噻吩转化，硫醇硫醚可能向硫铁矿硫转化，同时可能存在着砜类、亚砜类硫向硫酸盐硫转化的过程。
　　(2)利用快速热解仪器-质谱色谱联用仪(Py-GC/MS)对三种低品质煤改性前后快速热解时含氮、硫大分子挥发份的释放特性进行了研究，发现水热改性影响了煤改性前后氮、硫大分子的种类和释放含量。将氮、硫大分子挥发份归类后发现，水热改性影响了挥发份中含氮物质如胺类、酰胺类、肟类、腈类、唑类，含硫物质如硫醇硫醚类等的释放特性。
　　(3)利用管式炉实验平台对三种低品质煤改性前后热解、燃烧过程中含氮、硫杂质的污染物释放特性进行了研究。水热改性使得热解过程中准东煤及昭通煤含氮、硫污染物的释放减少，使得伊敏煤含氮污染物释放增加、含硫污染物释放减小。水热改性使得燃烧过程中准东煤含氮污染物释放减少，含硫污染物释放增大，伊敏煤含氮污染物释放增大、含硫污染物释放减小，昭通煤NO释放量增大，SO2第一释放峰降低第二释放峰升高。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1．研究背景及意义

1．1．1 我国能源利用现状

1．1．2 我国褐煤分布及利用现状

1．2 水热提质脱水技术

1．3 氮、硫元素在煤中的存在形态及分析方法

1．3．1 氮元素在煤中的存在形态及分析方法

1．3．2 硫元素在煤中的存在形态及分析方法

1．4 氮、硫元素在热转化过程中的生成释放机理

1．4．1 含氮污染物的生成释放机理

1．4．2 含硫污染物的生成释放机理

1．5 本文研究内容

1．6 本章小结

2 实验设备与方法

2．1．引言

2．2 实验装置

2．2．1 褐煤水热改性设备

2．2．2 快速热裂解仪

2．2．3 气相色谱质谱联用仪

2．2．4 X射线光电子能谱分析(XPS)

2．2．5 真空管式炉

2．2．6 GASMET傅里叶变换红外光谱烟气分析仪

2．3 水热榉品制备

3 水热改性前后煤中氮、硫元素赋存形态的变化

3．1 实验方法

3．2 水热改性对褐煤性质的影响

3．3 水热改性前后煤中氮的变化

3．4 水热改性前后煤中硫的变化

3．5 本章小结

4 改性煤快速热裂解过程含氮、硫元素的大分子挥发份析出特性

4．1 实验方法

4．2 快速热解过程中含N大分子挥发份产物的释放

4．3 快速热解过程中含S大分子挥发份产物的释放

4．4 本章小结

5 改性煤热转化过程中氮、硫污染物释放特性

5．1 实验方法

5．2 水热改性对煤热解过程中含氮、硫污染物释放规律

5．2．1 水热改性对热解过程中含氮污染物释放规律

5．2．2 热解半焦中氮杂质形态迁移

5．2．3 水热改性对热解过程中含硫污染物释放规律

5．3 水热改性对煤燃烧过程中含氮、硫污染物释放规律

5．3．1 水热改性对燃烧过程中含氮污染物释放规律

5．3．2 水热改性对燃烧过程中含硫污染物释放规律

5．4 本章小结

6 全文总结及展望

6．1 主要研究内容及结论

6．2 本文主要创新点

6．3 未来工作展望

参考文献

附录 作者在攻读硕士期间发表的论文