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还原性气氛下煤中硫热解迁移规律的研究

王利花  
【摘要】: 本实验采用固定床反应器考察了一种中硫煤以及对其用硝酸和盐酸处理过的煤样(以后分别称为原煤样、硝酸处理煤样和盐酸处理煤样)在还原性气氛下热解时硫的迁移规律以及热解气态产物中主要含硫气体的逸出情况,并与煤样在热分析仪上热解时挥发分的析出情况进行了比较,得出了以下主要结论。 主要研究结果如下: (1)三种煤样在还原性气氛下从室温热解到700℃时,H_2最有利于煤中硫的脱除,其次为CO,最后为N_2。原煤样的脱硫率大小为:RH_2(44.7%)﹥RN_2(39.5%)﹥RCO(31.1%);硝酸处理煤样为:RH_2(57.8%)﹥RCO(48.4%)﹥RN_2 (33.1%);盐酸处理煤样为:RH_2(51.6%)﹥RN_2(49.4%)﹥RCO(46.9%)。 (2)原煤样在N_2气氛下热解时,煤样中的硫首先迁移到液相焦油中,高于500℃之后,液相焦油中的硫部分发生分解而从液相迁移到气相。而煤样在还原性气氛下热解时,H_2和CO气氛能够与煤中的硫发生作用,使固相中的硫迁移到气、液两相中;H_2和CO气氛还能与液相焦油中的硫发生作用,促使液相焦油中的硫向气相中迁移。650℃之后,H_2气氛还可以与半焦中的硫继续作用,使固相半焦中的硫向气相中迁移。 (3)原煤样和盐酸处理煤样在CO气氛下热解时只有一个硫的逸出峰,在450℃~550℃,而在H_2和N_2气氛下有两个硫的逸出峰,且第一个硫的逸出峰一样,在450℃~550℃;而第二个硫的逸出峰的温度范围不一样,在N_2气氛下硫的逸出峰出现在550℃~650℃;H_2气氛下硫的逸出峰出现在650℃~750℃;而硝酸处理煤样在N_2和CO气氛下热解只有一个硫的逸出峰在250℃~350℃;在H_2气氛下有两个硫的逸出峰在250℃~350℃、650℃~750℃。煤样在还原性气氛下热解时,硫逸出过程的不同主要在500℃和700℃左右。500℃左右硫的逸出速率比惰性气氛下的大,主要是还原性气氛与煤样中不稳定的有机硫和硫铁矿硫发生反应;在高温区700℃左右,H_2气氛下硫的逸出速率比其它两种气氛下大,主要是H_2气氛能在高温不断地与煤中稳定的有机硫反应。硝酸处理煤样在450℃~650℃没有硫的逸出峰,说明原煤样中硫铁矿硫全部被脱除。 (4)三种煤样在CO和H_2气氛下热解时,CO和H_2能够降低半焦中硫的含量。H_2气氛下煤中的硫主要以H_2S的形式逸出,并且H_2气氛抑制了COS的生成;CO气氛下煤中的硫主要以COS的形式逸出,且CO气氛对热分解产生的H_2S没有影响。 (5)原煤样和盐酸处理煤样在CO和H_2气氛下热解时,H_2S有两个逸出峰,分别在500℃、600℃左右;COS只有一个逸出峰,在500℃左右。H_2S的第一个逸出峰应该是由不稳定的有机硫分解产生的,第二个逸出峰则归因于黄铁矿的分解,COS的逸出峰主要是由黄铁矿的分解产生的。而硝酸处理煤样在CO和H_2气氛下热解时,COS和H_2S的逸出速率随温度升高不断增大但逸出速率比较小,由于硝酸处理煤样含的主要为有机硫,因此,COS和H_2S主要是由有机硫分解产生的。 (6)热解气氛对硝酸处理煤样和盐酸处理煤样热解时挥发分的析出有一定的影响。H_2能够促进挥发分的析出,提前了煤样中挥发分的析出温度和最大失重速率对应的温度;用酸对原煤样进行处理之后,煤样的失重量明显增大,且最大失重速率对应的温度提前,说明酸洗脱灰对煤的热解失重有促进作用。 (7)煤样热解时硫是随着挥发分的析出而逸出,且主要集中在400℃~600℃,速率最大时在500℃左右。硝酸处理煤样在N2和H_2气氛下热解、盐酸处理煤样在H_2气氛下热解的失重率曲线和脱硫率曲线交叉于550℃,在550℃之前煤样的失重率大于煤样的脱硫率,550℃之后煤样的脱硫率大于煤样的失重率。其余不同煤样在不同气氛下热解的失重率曲线都在脱硫率曲线的上方,说明煤样热解时,在任何的温度下硫的逸出速率都比失重率大。


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