不同煤种水煤浆与黑液水煤浆在常压和加压条件下的气化特性

摘要

我国是一个多煤少油的国家，在世界资源日益匮乏的今天，发展煤气化事业对我国的能源安全和可持续发展显得尤其重要，水煤浆气化技术是大规模煤气化技术的一种。造纸黑液是重要的工业污染源之一，对黑液的资源化利用具有经济和环保的双重意义，本文利用造纸黑液作水煤浆添加剂配制的黑液水煤浆，也是对黑液资源化利用的一种尝试。 为了使研究的结果更具有广泛的代表性和说服力，本文选取三种不同煤阶的煤种，配制成普通水煤浆(Coal Black Slurry，CWS)和黑液水煤浆(Coal Black Liquor Slurry，CBLS)，然后制焦(第二章)；做它们在不同温度下的C-CO2等温热重试验(第三章)和不同压力下的升温热重试验(第四章)；使用电镜扫描、红外光谱分析、气化残渣XRD分析从微观角度对它们进行研究(第五章)。 对六种煤焦不同温度下的C-CO2等温热重试验发现，煤阶不是气化反应特性唯一决定因素，煤中矿物质中的Ca、Fe离子量对气化特性的影响更为重要，Ca、Fe离子的催化作用主要表现在低温阶段，在高温阶段含Ca、Fe离子的矿物质可能发生熔融重组而失去催化性，这种催化“中毒现象”也是造成黑液水煤浆焦高温下催化效果凸显的原因。气化效果随着温度的提高而提高，1150℃的气化结果和1200℃的气化结果两者的差别不大，这说明1200℃左右是低温区(动力控制区)向高温区(扩散控制区)转变的过渡区域，活化能的计算结果证明了这一点。 对六种煤焦不同压力下的C-CO2升温热重试验，结果发现，1000℃下提高压力并不能使各煤焦的碳转化率得到线性提高，这种结果可能是低温下的“二次凝结”造成的。普通水煤浆焦和黑液水煤浆焦的试验结果对比发现，“二次凝结”对多灰煤配置的黑液水煤浆焦的影响很大，对少灰低阶煤的影响很小。 对其中一种煤的黑液水煤浆焦和普通水煤浆焦进行电镜扫描分析，发现黑液水煤浆焦的表面分布着许多“珍珠”状的“斑点”，可能是黑液中碱金属造成的活化中心点，另外，与CBLS焦的“团簇”形态不同，CWS焦呈现“散态板状”；笔者认为这种黑液中的碱金属和原煤中的矿物质相互作用形成的“团簇”形态，是造成低温下黑液中碱金属催化效果不好的原因之一。比较六种煤焦的红外光谱图，发现同一种煤配置的CWS和CBLS焦之间的差别很小，但是不同煤种配制的CWS和CBLS焦之间存在一定的差别，主要表现在C-O官能团(1050cm-1左右处)的峰值上，澳大利亚煤配制的CWS和CBLS焦的C-O官能团峰值明显大于新汶煤和大会战煤。而XRD图观察到高温区煤焦中的含Ca、Fe，Na、K离子矿物质发生了熔融重组生成了新的晶体，失去了原有的催化活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1引言

1.2煤气化技术的发展概况

1.3水煤浆和黑液水煤浆的研究背景和现状

1.4水煤浆气化技术的发展概况

1.5黑液水煤浆气化技术的国内外研究进展概况

1.6本文的研究目的和内容

2样品制备和技术路线

2.1试验样品制备

2.2热重分析

2.3动力学参数计算方法

2.4本章小结

3不同煤种CWS和CBLS焦常压等温热重试验

3.1引言

3.2试验仪器及方法

3.3不同“设定温度”下,煤种对碳转化率的影响

3.4温度对碳转化率的影响

3.5不同“设定温度”下CWS和CBLS焦碳转化率之间的比较

3.6不同煤焦的活化能计算

3.7本章小结

4不同煤种CWS和CBLS焦加压升温热重试验

4.1引言

4.2试验仪器和试验步骤

4.3不同压力时煤种对CWS和CBLS焦碳转化率的影响

4.4压力对各CWS和CBLS焦碳转化率的影响

4.5不同压力时CWS和CBLS焦碳转化率的比较

4.6本章小结

5不同煤种CWS和CBLS焦及其残渣的实验室分析

5.1引言

5.2澳大利亚CWS和CBLS焦电子扫描分析

5.3六种煤焦的红外吸收光谱分析

5.4六种煤焦在不同温度下的XRD晶相分析

5.5本章小结

6全文总结及展望

6.1全文总结

6.2下一步工作展望

参考文献

作者简介