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加压固定床伊宁煤焦特性研究

作　者: 王培
导　师: 李凡
学　校: 太原理工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 加压固定床热解炉伊宁煤煤焦结构 CO2气氛反应性
分类号: TQ546
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为了改善我国能源结构中天然气需求缺口过大的现状,煤制代用天然气(SNG)技术迅速得到发展。在各种为煤制天然气生产合成气技术中,固定床加压固态排灰煤气化技术由于具有甲烷含量高的突出的优势,己成为煤制合成天然气最有竞争力的气化技术。但是固定床加压固态排灰气化技术由于使用过量水蒸气控制炉温产生了大量含酚废水,粗煤气中含有大量CO2。若将此部分CO2进行返炉替代部分水蒸气作为气化剂既可减少含酚废水和CO2的排放,也可以作为调节粗煤气H2/CO的一种方法。新疆伊宁煤作为该技术一种用煤,缺乏加压煤气化过程煤焦特性资料,有必要对该煤种在加压固定床气化技术中的各种性质进行研究。为了达到上述研究目的,本研究选取新疆伊宁煤作为实验用煤,制备成粒度为5～7mm的颗粒,在自制的加压管式热解炉中,在900℃、1000℃和1100℃的热解终温下,制得了三种焦样,分别对焦样进行结构表征,并在CO2/H2O混合气化剂中进行气化,研究其的气化性质；同时在两种气氛Ar和CO2,热解温度700℃,压力分别为0.1MPa、0.5MPa、1.0MPa和1.5MPa的条件下,制得8种焦样,使用傅立叶红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜和氮吸附仪对焦样结构进行表征,研究了不同压力、不同气氛下所制煤焦的结构差异。通过以上所述研究,得到如下主要结论：(1)在加压热解管式炉中,制焦温度从900℃升高到1100℃时,伊宁煤焦结构中-CH3逐渐消失,煤焦的碳微晶尺寸增大,煤焦表面-OH逐渐减少,煤焦的表面结构由疏松多孔变为紧密规整。同时二次热解反应增多,产生了更多的沉积碳,这些因素都导致了煤焦的气化反应性在此温度区间内,随着温度的升高而降低。(2)温度900-1100℃范围所制得的伊宁煤焦气化过程中,在水蒸气中混入部分C02作为共气化剂,带来两方面的作用：①由于煤焦与C02反应速率比与水蒸气慢,混入气化剂使气化反应速率降低；②对煤焦-C02的气化反应与煤焦-水蒸气的气化反应存在协同作用,这种作用随热解温度的增高而降低。(3)在700℃干馏温度的热解过程中,相比Ar气氛,在CO2气氛下,煤焦的表面官能团数量、H含量和H/C更高；当热解压力为0.1～1.0MPa时,CO2气氛下制得的煤焦O/C高于同压力下Ar气氛下所制得的的煤焦,但当压力高于1.0MPa时,O/C低于Ar气氛下所制得的煤焦,这是由于相同温度下,随着压力的升高,相比Ar气氛,C02气氛下能释放出更多的CO。(4)在700℃干馏温度下,随着压力的升高,Ar和CO2气氛下所制得的煤焦芳香度增大,芳香层片间距变小,但当压力升高到1.0MPa碳微晶堆积高度下降,微晶尺寸上升。两种气氛相比,心气氛下所制得的焦样碳微晶芳香层片间距更小,芳香度更高。(5)在700℃干馏温度,CO2气氛下,随着压力的升高,焦样的比表面积和孔体积均减小,而Ar气氛下焦样的比表面积和孔体积当压力达到1.0MPa后增大。相比较于Ar气氛,CO2气氛下所制得的焦样具有更大的比表面积和孔体积。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
符号说明  12-13
第一章绪论  13-33
  1.1 选题背景及意义  13-28
    1.1.1 富煤少气的中国能源现状  13-14
    1.1.2 煤制天然气气化技术对比  14-16
    1.1.3 煤气化的基本反应  16-18
    1.1.4 煤气化气固反应历程及影响煤焦结构和气化反应性的因素  18-25
    1.1.5 煤焦结构的表征方法  25-28
  1.2 煤焦结构和气化反应性关系的研究现状  28-32
    1.2.1 温度对煤焦结构和气化反应性的影响  28-29
    1.2.2 压力对煤焦结构和气化反应性的影响  29-30
    1.2.3 气氛对煤焦结构和气化反应性的影响  30-32
  1.3 课题研究内容及意义  32-33
第二章实验部分  33-41
  2.1 实验仪器  33
  2.2 试验样品及制备  33-34
  2.3 煤焦结构的表征  34-35
    2.3.1 煤焦的工业分析和元素分析  34
    2.3.2 碳微晶结构表征  34
    2.3.3 表面官能团表征  34-35
    2.3.4 表面形态表征  35
    2.3.5 孔结构和比表面积表征  35
  2.4 考察温度对煤焦结构和气化反应性影响的实验  35-38
    2.4.1 实验方法  35-36
    2.4.2 实验仪器  36-37
    2.4.3 实验过程  37
    2.4.4 实验数据处理方法  37-38
  2.5 考察压力和气氛对煤焦结构影响的实验  38-41
    2.5.1 实验方法  38
    2.5.2 实验仪器  38
    2.5.3 实验过程  38-39
    2.5.4 实验数据处理方法  39-41
第三章温度对煤焦结构和气化反应性的影响  41-55
  3.1 温度对煤焦表面化学官能团的影响  41-44
  3.2 温度对煤焦碳微晶结构的影响  44-48
    3.2.1 XRD谱图衍射峰的归属分析  44-45
    3.2.2 XRD谱图的定性分析  45
    3.2.3 XRD谱图的定量分析  45-48
  3.3 温度对煤焦表面形态的影响  48-49
  3.4 温度对煤焦气化反应性的影响  49-53
  3.5 小结  53-55
第四章压力和气氛对煤焦结构的影响  55-73
  4.1 压力和气氛对煤焦表面化学官能团的影响  55-58
  4.2 压力和气氛对煤焦元素组成的影响  58-63
    4.2.1 压力和气氛对煤焦产量的影响  58-59
    4.2.2 压力和气氛对煤焦中C和H含量的影响  59-61
    4.2.3 压力和气氛对煤焦H/C和O/C的影响  61-63
  4.3 压力和气氛对煤焦碳微晶结构的影响  63-68
    4.3.1 XRD谱图的定性分析  63-64
    4.3.2 XRD谱图的定量分析  64-68
  4.4 压力和气氛对煤焦比表面积和孔结构的影响  68-70
  4.5 压力和气氛对煤焦表面形态的影响  70-71
  4.6 小结  71-73
第五章结论和建议  73-75
  5.1 主要结论  73-74
  5.2 建议  74-75
参考文献  75-81
致谢  81-83
论文发表情况  83

加压固定床伊宁煤焦特性研究

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