固体热载体对煤热解的催化作用及污染物迁移特性研究

摘要

固体热载体煤热解技术可以实现煤热解过程产物的清洁产出和高效利用。煤在热解反应器中会经历一系列复杂的反应过程，同时由于煤成分的多样性，限制了固体热载体煤热解技术的进一步发展。固体热载体在煤的低温热解过程中起到了催化氧化和固定含硫含汞污染物的作用。本文以山西高硫煤和贵州高汞煤为研究对象，选择循环灰、白云石和金属氧化物作为固体热载体，通过分析热解产物组成和产率，考察两种煤的热解特性。明确不同固体热载体对高硫煤热解产物中硫含量和高汞煤热解产物中汞含量的影响。在固定床煤热解反应器上对高汞煤热解的产物半焦进行燃烧实验，分析了半焦中汞元素的逸出特性。系统考察固体热载体对高硫煤和高汞煤热解产物中气、液、固相产物分布及热解气体组成、焦油组分和固体热载体变化的影响，以及高硫煤产物中硫含量变化和高汞煤中汞含量变化的影响规律。本研究的主要结论如下：　　（1）不同的固体热载体对煤热解气、液、固相产率均有一定的影响，其中增大灰煤比、减小循环灰粒径，对降低焦油产率效果明显，对气相产率有明显的促进作用。不同的固体热载体对降低焦油产率的顺序为:循环灰>新鲜白云石>失活白云石。循环灰中Fe2O3的存在增加了气相产品产率，降低了液相产品产率。利用GC-MS对轻质焦油中主要化合物进行分析，发现固体热载体对菲类、芘类等多环芳烃基本无催化作用。循环灰中Fe2O3和白云石中的CaO对长链脂肪烃和C-O键的催化裂解效果明显，并且循环灰的催化效果好于白云石。失活后白云石催化剂的催化效果低于新鲜白云石。　　（2）固体热载体种类对煤热解气、液、固相中硫分布影响显著。灰煤比增大时，焦油中硫含量下降，气相硫逐渐减少。煤气和焦油中的硫含量随循环灰粒径增大有明显上升的趋势，说明循环灰粒径的增大不利于循环灰中金属氧化物与煤气和焦油中含硫化合物的反应。对比高硫煤单独热解实验，固体热载体均有一定的固硫作用，且固硫作用顺序为：循环灰>新鲜白云石>失活白云石。　　（3）固体热载体和煤的混合方式影响产物汞分布和逸出规律。循环灰与煤气和焦油的接触可降低Hg0的含量。循环灰中的MgO和SiO2对煤热解挥发分中Hg0基本无催化氧化作用。对比实验表明，循环灰中Fe2O3对Hg0催化氧化效果优于CaO和循环灰。循环灰粒径的改变对Hg0释放量影响较大。半焦中残留的汞在燃烧过程中以Hg0和Hg2+的形式释放，其中Hg0占90%左右。热解过程中Hg0的初始逸出温度约200℃，第一个集中释放区间在200℃-400℃，固体热载体成分对Hg0逸出温度无影响；第二个Hg0集中释放区间在400℃-600℃范围，Hg0逸出温度受固体热载体成分的影响。

目录

声明

1 绪论

1.1课题背景 (The background of the subject)

1.2固体热载体煤热解研究现状 (Research status of solid heat carrier coal pyrolysis)

1.3基于煤热解的固体热载体催化作用研究 (Study on catalysis of solid heat carrier based on coal pyrolysis)

1.4煤中硫和汞的赋存状态研究现状 (Research status of occurrence of sulfur and mercury in coal)

1.5固体热载体对煤热解过程硫和汞迁移的影响 (Effect of solid heat carrier on sulfur and mercury migration during coal pyrolysis)

1.6本课题的研究目的及内容 (The purpose and content of the subject)

2 实验部分

2.1实验原料与仪器 (Experimental raw materials and instruments)

2.2实验及产物分析方法 (Experimental and products analysis method)

3 固体热载体对煤热解的催化作用研究

3.1固体热载体对热解挥发分的催化作用研究 (Study on the catalytic effect of solid heat carrier on pyrolysis volatiles)

3.2固体热载体对热解气体组成的影响 (Effect of solid heat carrier on composition of pyrolysis gas)

3.3 固体热载体对煤焦油组分的催化裂解作用研究 (Study on catalytic cracking effect of solid heat carrier on tar component)

3.4本章小结 (Chapter summary)

4 固体热载体对煤热解过程中硫迁移影响研究

4.1固体热载体对硫在热解产物中分布的影响研究 (Effect of solid heat carrier on the distribution of sulfur in pyrolysis products)

4.2 固体热载体对煤焦油中硫的催化裂解作用研究 (Study on catalytic cracking effect of solid heat carrier on sulfur in coal tar)

4.3本章小结 (Chapter summary)

5 固体热载体对煤热解过程中汞逸出规律影响研究

5.1固体热载体对热解产物分布和汞分布的影响研究 (Effect of solid heat carrier on the distribution of pyrolysis products and mercury in pyrolysis products)

5.2固体热载体对挥发分中单质汞逸出的影响研究 (Effect of solid heat carrier on elemental mercury escape from volatiles)

5.3 半焦中残存汞的逸出特性研究 (Study on the escape characteristics of residual mercury in semicoke)

5.4本章小结 (Chapter summary)

6 主要结论、创新点及研究展望

6.1主要结论 (Main conclusions)

6.2创新点 (Innovations)

6.3研究展望 (Research prospects)

参考文献

致谢

作者简历

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