煤制天然氣(SNG)不僅可以實現(xiàn)煤炭的清潔高效利用,而且能夠緩解天然氣消費量逐年上漲的壓力,對于提高能源利用效率,調整我國能源結構具有重要的戰(zhàn)略意義。移動床碎煤加壓氣化技術由于粗煤氣中甲烷含量高、投資低等優(yōu)勢,成為我國已建成煤制天然氣企業(yè)主要選用的氣化技術。為減少含酚廢水的排放,本課題組開展了將CO_2返爐替代部分過量水蒸氣作氣化劑的研究。在前期研究中發(fā)現(xiàn),伊寧煤和五彩灣煤在與H_2O/CO_2共氣化過程中表現(xiàn)出協(xié)同效應,這主要與煤中鈣的催化作用密切相關。為揭示協(xié)同效應產生的機理,提升高鈣煤在移動床碎煤加壓氣化爐中的使用效果,研究不同氣化條件下鈣的賦存形態(tài)以及鈣在煤氣化過程中的變遷行為很有必要。本研究選取已用于移動床碎煤加壓氣化爐生產、且鈣含量高的伊寧煤(YN)為研究對象。由于實際工業(yè)中,氣化反應之前煤首先經(jīng)過干燥熱解階段,所以在自制固定床反應器中制備了不同熱解條件下的煤焦、不同氣化條件下的氣化殘焦,考察了熱解和氣化條件對鈣變遷行為的影響。通過分析殘留在焦、灰中及釋放至氣相中鈣的存在形式,推測出鈣在熱解和氣化過程中的變遷機制。主要結論如下:(1)YN原煤中的鈣以鹽酸可溶態(tài)形式存在的居多,占總量的60.6%,水溶態(tài)和離子交換態(tài)的鈣分別占總量的25.2%和10.6%,不溶態(tài)的鈣含量很少,僅占總量的3.6%。隨著熱解溫度升高,鈣的釋放率增大。且由于部分水溶態(tài)和鹽酸可溶態(tài)的鈣與硅鋁酸鹽反應生成了不溶態(tài)的鈣,因此焦中水溶態(tài)和鹽酸可溶態(tài)鈣的含量逐漸減少、不溶態(tài)鈣的含量逐漸增多,而離子交換態(tài)鈣含量沒有變化。此外,相比N_2氣氛,CO_2氣氛熱解會促進鈣的釋放。(2)氣化殘焦中鈣的濃度隨碳轉化率增加而增大。800°C不同氣化劑條件下鈣釋放率(R)的順序為,因為鈣在CO_2氣化條件下比H_2O氣化條件下更易燒結團聚而難以發(fā)生釋放,H_2O分子比CO_2分子更易進入煤焦的孔道結構,使得煤焦內部的反應更劇烈,并在發(fā)揮擴孔作用的同時使得鈣的釋放量增多。900°C不同氣化劑條件下鈣釋放率的順序為,但1000°C不同氣化劑條件下鈣的釋放率沒有明顯差異,主要由于溫度升高使得煤焦孔隙結構發(fā)生坍塌,氣化劑對鈣釋放的作用減弱而導致的。(3)煤灰中的鈣主要以高嶺石和石灰石的形式存在。在H_2O和H_2O/CO_2氣化劑條件下,鈣易和鎂共同與硅鋁酸鹽等反應生成硅鋁酸鹽類礦物質,而在單獨CO_2氣化劑條件下,鈣更易單獨與硅鋁酸鹽反應。不同氣化條件下制得灰的熔融溫度隨制備溫度的升高而升高。在800°C和900°C時,H_2O氣化劑條件下灰的熔融溫度最高,CO_2氣化劑條件下灰的熔融溫度最低;而在1000°C時,制得灰的熔融溫度高低順序與800°C和900°C的相反。(4)熱解過程中,鈣主要以CaCl_2的形式釋放,離子交換態(tài)的鈣含量未發(fā)生改變是因為羧酸鈣的羧基斷裂后,鈣沒有直接釋放而連接在芳香結構上。氣化過程中,鈣主要以CaCl_2、CaCO_3和CaSO_4的形式釋放。其中在各個氣化條件下鈣的釋放形式均有CaCl_2,在800°C和900°C時,CO_2氣化過程中鈣還會以CaCO_3的形式釋放,而H_2O和H_2O/CO_2氣化過程中鈣還會以CaSO_4的形式釋放;在1000°C下,鈣都以CaCl_2和CaSO_4的形式釋放。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ541

【參考文獻】

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本文編號：2808420