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煤中固有矿物质及Fe添加剂对西部煤热解气相产物生成的影响

作　者: 何秀风
导　师: 常丽萍
学　校: 太原理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 煤热解还原性矿物质气相产物
分类号: TQ530.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

热解是煤热加工的最基础过程,其热解特性对煤的进一步转化具有较大的影响,在煤热解过程中,考察煤中矿物质催化作用可以为煤的加工转化工艺提供更多的信息,对节约能源、降低成本以及环境保护等有积极的作用。本文在N2气氛下,对强还原性煤平朔煤以及三种西部弱还原性煤:神东、新疆哈密和宁夏灵武煤及其对应的逐级脱灰煤、不同比例负载Fe3+的煤进行了固定床反应器程序升温热解实验,认为反应温度、煤的挥发份和其含有的矿物质对煤热解存在明显的作用,其影响程度因煤种的不同而变化,煤中固有矿物质之间存在协同作用,且矿物质对低变质程度煤的影响作用更为显著。具体结论如下:1. K、Na等水溶类矿物对含氢气体的生成有促进作用,Fe、Ca、Mg等HCl溶类矿物能促进H2的释放,但不利于轻质烃类气体的生成,而Si、Al矿物对含氢气体的生成有抑制作用。2.煤中固有矿物质能促进含氧气体的生成,其中K、Na类矿物均不同程度地表现出了促进作用,Fe、Ca、Mg类矿物除XJ煤外也都表现为促进作用,而Si、Al矿物对含氧有效组分的生成起抑制作用。3.脱灰前后煤热解曲线基本相似,各产物存在一个最大量的释放温区。H₂生成的主要峰温区间为500-900℃,CH₄为400-800℃,C₂以上的烃类气体为400-600℃,CO为300-900℃,CO₂为200-800℃。逐级脱灰没有改变煤的内在分子结构。4.煤中的挥发分含量也是热解气体有效组分释放的重要影响因素,例如对于矿物质组成相近的宁夏煤和新疆煤,气相产物中总的有效组分顺序与挥发分含量顺序相同,都为NX> XJ。5. Fe³⁺的加入对于气相产物的生成有促进作用,但Fe³⁺的加入存在一个最佳负载量,当超过该值时气体产率降低,Fe³⁺的最佳负载量因煤种的不同而不同,其中在实验范围内西部煤的最佳负载量是1%,而平朔煤的最佳负载量是2%。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章文献综述  9-19
  1.1 序言  9-10
  1.2 我国西部弱还原性煤的煤质特征  10-11
  1.3 煤中矿物质的存在形式及对煤热解的影响  11-15
    1.3.1 煤中矿物质的存在形式  11-12
    1.3.2 煤中矿物质对煤热解的影响  12-15
  1.4 煤中矿物质的脱除  15
  1.5 煤中矿物质的添加  15-17
    1.5.1 机械混合法  15-16
    1.5.2 超声混合法  16
    1.5.3 离子交换法  16
    1.5.4 捏制法  16-17
    1.5.5 浸渍法  17
    1.5.6 沉淀法  17
  1.6 选题背景和意义  17-19
第二章实验装置及主要测试方法  19-25
  2.1 煤样选取与制备  19-21
  2.2 实验方案的确立  21-24
    2.2.1 实验装置和工艺流程  21-22
    2.2.2 分析仪器及方法  22-24
      2.2.2.1 气相色谱分析  22-23
      2.2.2.2 元素分析  23
      2.2.2.3 X-射线衍射（XRD）分析  23
      2.2.2.4 热重（TG-DTG）分析  23-24
    2.2.3 实验数据处理  24
  2.3 气体流速的测定  24-25
第三章煤热解气相产物的分析  25-48
  3.1 逐级脱除矿物质的煤热解过程中气相产物的生成  25-39
    3.1.1 含氢气体的生成  25-32
      3.1.1.1 H_2 的生成  25-28
      3.1.1.2 CH_4 的生成  28-30
      3.1.1.3 C_(2-3) 烃类气体的生成  30-32
      3.1.1.4 气相产物中总的含氢有效组分的生成  32
    3.1.2 含氧气体的生成  32-37
      3.1.2.1 CO 和CO_2 的生成  32-36
      3.1.2.2 气相产物中总的含氧有效组分的生成  36-37
    3.1.3 气相产物中总的含碳有效组分的生成  37-38
    3.1.4 气相产物中总有效组分的生成  38-39
  3.2 混酸脱灰煤加铁与原煤加铁热解气相产物的生成  39-46
    3.2.1 含氢气体的生成  39-42
      3.2.1.1 H_2 的生成  39-40
      3.2.1.2 轻质烃类气体的生成  40-42
      3.2.1.3 含氢气体有效组分的生成  42
    3.2.2 含氧气体的生成  42-45
      3.2.2.1 CO 和CO_2 的生成  42-44
      3.2.2.2 含氧气体有效组分的生成  44-45
    3.2.3 气相产物中总的含碳有效组分的生成  45
    3.2.4 气相产物中总的有效组分的生成  45-46
  3.3 本章小结  46-48
第四章煤的热分析  48-53
  4.1 原煤的TG-DTG 分析  48-49
  4.2 逐级脱灰煤的TG-DTG 分析  49-50
  4.3 加Fe~(3+)煤的TG-DTG 分析  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章半焦的表征  53-57
  5.1 半焦的元素组成分析  53-54
    5.1.1 半焦中氧含量的变化  53-54
    5.1.2 半焦中氢含量的变化  54
  5.2 XRD 射线衍射分析  54-56
  5.3 本章小结  56-57
第六章结论与建议  57-59
  6.1 结论  57
  6.2 建议  57-59
参考文献  59-64
附录  64-66
致谢  66-67
发表论文  67

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