發(fā)布時間：2020-10-21 22:12

　　 面對日益嚴峻的大氣污染,煤基固體燃料-氧-水蒸氣燃燒近零排放發(fā)電系統(tǒng)(OCCSS)得以提出且具有諸多優(yōu)勢。但此新型燃燒系統(tǒng)的應用伴隨著一些問題,如對含硫污染物的控制。目前此系統(tǒng)使用的脫灰煤在水蒸氣氣氛下熱解硫元素的遷移過程與原煤惰性氣氛下熱解的區(qū)別并不明確。本文為研究上述問題,進行了水蒸氣氣氛對熱解過程中硫元素遷移影響的研究。實驗采用鹽酸-氫氟酸-鹽酸酸洗法制備脫灰煤,由注射泵與伴熱系統(tǒng)提供水蒸氣,在封閉式水平爐內(nèi)進行了原煤、脫灰煤水蒸氣氣氛下的熱解實驗;通過采用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)和離子色譜(IC)對氣相中H_2S、SO_2、COS總量分別進行測定,采用紅外測硫儀、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)等手段對煤焦中總硫、無機物成分、表面元素構(gòu)成等進行測量。實驗并分析了溫度、脫灰、水蒸氣氣氛等因素對熱解過程中硫元素遷移的影響。實驗發(fā)現(xiàn),Ar氣氛下熱解,H_2S生成總量隨溫度升高逐漸上升,主要原因是煤中含硫物質(zhì)發(fā)生熱解反應溫度區(qū)間不同。SO_2、COS隨溫度呈先升高后降低趨勢,升高主要與熱解反應逐漸加強有關(guān),降低主要受二次反應控制。對本實驗使用煤樣進行脫灰將減少礦物質(zhì)固硫作用,使H_2S、SO_2、COS的釋放量增加。添加水蒸氣將顯著促進H_2S釋放,對SO_2、COS隨溫度升高先抑制后促進。該現(xiàn)象在低溫段主要受水蒸氣與黃鐵礦的反應控制,高溫段則與水蒸氣參與氣化反應有關(guān)。熱解氣主要含硫氣體總量在Ar氣氛下呈先升高后降低趨勢,推測降低也由于二次反應及氣化反應;在含水蒸氣氣氛中逐漸升高。由焦產(chǎn)率與煤焦含硫量可知,添加水蒸氣時,此煤種氣化開始溫度為800℃左右。溫度越高,煤焦中硫含量越低。由XRD分析可知,Ar氣氛熱解黃鐵礦反應路徑為:Fe S_2→Fe_(1-x)S→Fe S。Ar/H_2O氣氛熱解黃鐵礦反應路徑為:FeS_2→Fe_3O_4→Fe_2O_3。含水蒸氣氣氛下,碳酸鈣等堿性礦物質(zhì)高溫下固硫作用更加明顯。對煤焦進行XPS分析發(fā)現(xiàn)煤焦硫元素分布很不均勻,表面上所占比例低于內(nèi)部。隨著溫度升高,表面硫元素占比先升高后降低,這一現(xiàn)象可能與硫原子擴散、二次反應以及高溫時生成的H_2與表面硫的反應有關(guān)。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ530.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究的目的和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究的背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 國內(nèi)外文獻綜述的簡析
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實驗系統(tǒng)和測試方法
    2.1 煤樣的選取與制備
        2.1.1 煤樣的選取
        2.1.2 脫灰煤的制備
    2.2 實驗系統(tǒng)及其調(diào)試
        2.2.1 配氣及水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)
        2.2.2 封閉式水平爐
        2.2.3 煙氣過濾及測量系統(tǒng)
    2.3 氣相產(chǎn)物中含硫組分測試方法
        2.3.1 測試原理
        2.3.2 測試方法
    2.4 其它測試儀器及方法
        2.4.1 煤質(zhì)基本分析
        2.4.2 煤焦總硫分析
        2.4.3 X射線衍射（XRD）
        2.4.4 X射線光電子能譜儀（XPS）
        2.4.5 熱解焦炭硫元素釋放分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 熱解氣中含硫產(chǎn)物分析
    3.1 熱解實驗具體過程及分析方法
2S的釋放規(guī)律'>    3.2 熱解過程中H₂S的釋放規(guī)律
2S生成影響'>        3.2.1 溫度對H₂S生成影響
2S生成影響'>        3.2.2 礦物質(zhì)對H₂S生成影響
2S生成影響'>        3.2.3 水蒸氣對H₂S生成影響
2的釋放規(guī)律'>    3.3 熱解過程中SO₂的釋放規(guī)律
2生成影響'>        3.3.1 溫度對SO₂生成影響
2生成影響'>        3.3.2 礦物質(zhì)對SO₂生成影響
2生成影響'>        3.3.3 水蒸氣對SO₂生成影響
2的雙峰現(xiàn)象'>        3.3.4 熱解過程中SO₂的雙峰現(xiàn)象
    3.4 熱解過程中COS的釋放規(guī)律
        3.4.1 溫度對COS生成影響
        3.4.2 礦物質(zhì)對COS生成影響
        3.4.3 水蒸氣對COS生成影響
    3.5 熱解過程中主要含硫氣體總量的變化規(guī)律
    3.6 本章小結(jié)
第4章 熱解后煤焦中硫的分析
    4.1 焦產(chǎn)率
        4.1.1 溫度對熱解焦產(chǎn)率的影響
        4.1.2 脫灰對熱解焦產(chǎn)率的影響
        4.1.3 水蒸氣對熱解焦產(chǎn)率的影響
    4.2 煤焦總硫分析
        4.2.1 煤焦總硫比的變化規(guī)律
        4.2.2 硫元素在各類產(chǎn)物中的分布
    4.3 XRD研究煤焦無機硫的變化
        4.3.1 惰性氣氛下煤中黃鐵礦的轉(zhuǎn)化
        4.3.2 含水蒸氣氣氛下煤中黃鐵礦的轉(zhuǎn)化
    4.4 XPS研究煤焦表面的變化
        4.3.1 煤焦表面元素含量的變化
        4.3.2 煤焦表面硫形態(tài)的變化
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及其它成果
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2850655