金属氧化物对煤热解过程中多环芳烃排放的影响

作     者：张京 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李凡

授予年度：2012年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：金属氧化物 多环芳烃 煤热解 PY-GC-MS 

摘      要：煤热加工过程中会产生多环芳烃（PAHs）,其中16种PAHs由于具有“致畸、致癌、致突变的作用,如排放到环境中,将会对人类的健康造成严重危害,已经受到国际上越来越多的关注,许多国家都将该类物质定为优先控制对象。这使煤热加工过程中控制PAHs排放的研究具有重要的理论和现实意义。 热解是煤热加工的重要环节,是煤的气化、燃烧、液化的必要阶段,是焦化的主要工艺。随着煤化工技术突飞猛进发展,高温快速的煤转化技术已成为趋势,因此本研究重点放在煤快速热解过程。选择了几种廉价易得的金属氧化物,分别考察它们对煤热解过程中产生的16种优先控制PAHs的作用,以期为煤热加工过程控制PAHs的排放提供理论依据。 本研究采用热解色质联用装置（PY-GC-MS）在线对煤热解过程中生成的16种PAHs进行测定和分析,考察和分析了不同质量比、不同粒径的三种金属氧化物（CaO、MgO、Fe2O3）及三种复合金属氧化物（CaO-MgO、 CaO-Fe2O3、MgO-Fe2O3）在不同温度下对热解过程中生成的16种PAHs进行转化的作用。研究表明：（1）在三种金属氧化物（CaO、MgO、Fe2O3）的作用下,16种PAHs的最大转化率分别为52.88%、62.15%、60.59%。MgO和CaO对PAHs的催化转化作用相同,既对芳环结构有裂解作用,还能促使其发生缩聚反应,随着热解温度的增加,对后者的作用加大。在高温时MgO对六环PAHs有较明显的促进生成作用。而随着温度的增加,与MgO和CaO不同的是,Fe203能使PAHs的裂解作用增强。影响金属氧化物对PAHs催化作用的最主要因素是温度,在一定的温度确定后,其对PAHs的催化作用不随用量和粒径而变化;（2）在三种复合金属氧化物（CaO-MgO、MgO-Fe2O3CaO-Fe2O3）的作用下,16种PAHs的最大转化率分别为23.84%、36.02%、54.19%,影响作用小于金属氧化物。MgO-Fe2O3和CaO-Fe2O3对PAHs的催化作用未表现出加和作用,而CaO-MgO在较高温度下具有促进PAHs生成的加和作用。影响复合金属氧化物对PAHs催化作用的因素不再仅是温度,也与加入量有关;（3）探讨了金属氧化物对煤热解过程生成的PAHs的作用机理,提出PAHs可能的裂解过程,发现CaO和MgO对芳环、带侧链的芳香烃、脂肪烃等有很好的催化裂解活性,CaO和MgO对促进PAHs生成的反应存在选择性。Fe203可能使得16种PAHs裂解生成酚类物质。