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煤的热解行为及硫的脱除

周强  
【摘要】:本论文以我国10种动力用煤为原料,在常压热天平上研究煤的热解行为,探讨了煤的热解动力学;在常压水平固定床和加压垂直固定床中考察煤的性质和实验条件对煤热解、热解过程中煤中形态硫的迁移及脱硫的影响;在线分析了热解过程中,气氛对含硫气体逸出规律的影响;考察了气体预处理对煤热解脱硫的影响。 1.热重研究表明:煤的性质和热解条件对其热解行为有重要的影响。随煤阶的增加,分解特征温度向高温区移动,各温度区间的失重呈减少的趋势。在低温区气氛对煤的热解没有明显影响,但在高温区CH_4提高了半焦收率;而CO_2降低了半焦收率。用分布活化能模型(DAEM)对煤的热解行为进行分析发现,煤的热解活化能主要分布在200-300kJ/mol。 2.煤的性质对其热解行为和产物分布有重要的影响。同N_2气氛下的脱硫作用相比,H_2的存在显著提高煤热解过程的脱硫率;低于450℃时CO中的脱硫率同H_2气氛的相差不大,高于这一温度后,脱硫率基本保持不变;CH_4气氛下的脱硫率略高于N_2气氛下的。常压热解时,H_2和CO下黄铁矿在550℃以下就基本分解完全;而在N_2和CH_4中,黄铁矿要稳定得多。在高温下CH_4能促进有机硫的分解;半焦中有机硫的含量受不稳定有机硫分解和稳定有机硫生成的影响。AP-TPR也给出了类似的结果。增加氢气流速、提高氢气压力、适当延长反应时间都有利于脱硫。虽然半焦中的硫含量同原煤中的各形态硫之间有一定的关系,但仅考虑硫的形态不能有效地预测半焦中的硫含量。煤样体相和表面的S/C比似乎能影响硫在热解过程中的脱除:当体相的S/C比大于表面的S/C比时,不利于硫的脱除。 3.氢气预处理对煤加氢热解的产物分布和脱硫都有重要的影响,适当的加氢预处理能提高焦油收率,降低热解水收率,同时提高脱硫率。二氧化碳预处理能提高脱硫率。氮气预处理对煤的脱硫率没有影响。煤的性质对预处理的效果有明显的影响。 4.热解气氛对煤热解过程中含硫气体的逸出有重要的影响。H_2促进H_2S的逸出,抑制其它含硫气体的生成;CO和CO_2促进了COS的生成;没有证据表明CH_4是CS_2生成的必要条件。煤的性质对热解过程中含硫气体的逸出有重要的影响。H_2S的逸出曲线反映了煤中硫的分布。由加氢热解过程中H_2S的逸出规律可以发现:高阶煤中通常含有较多稳定的有机硫;而低阶煤中则含有较多的不稳定的有机硫。


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