金属氧化物与盐类添加剂对煤热解和半焦燃烧固硫的影响研究

作     者：闫安 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘粉荣

授予年度：2021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：煤热解 半焦燃烧 金属氧化物 钙基固硫剂 XPS 

摘      要：本文考察了不同金属氧化物(CaO、CuO)、盐类(ZnCl、NaCO)及CaO与其他添加剂复合对鄂尔多斯(ED)煤和阳泉(YQ)煤热解及其半焦燃烧过程中含硫气体(HS、COS、SO)释放及固硫效果的影响。并用XPS技术分析了不同添加剂对煤热解过程中硫形态变迁的影响,主要结论如下:(1)ZnCl和CuO的加入能够有效抑制ED、YQ煤热解过程中含硫气体逸出,使热解固硫率提高。通过XPS分析ZnCl和CuO的热解固硫产物分别为Zn S和CuS。CaO在热解过程中对含硫气体逸出的抑制作用弱于ZnCl和CuO,CaO的固硫产物是Ca S和Ca SO。NaCO对黄铁矿含量较高的ED煤在热解过程中含硫气体释放的抑制作用较小,导致其对ED煤的热解固硫率影响也较小。而NaCO却能有效抑制有机硫含量较高的YQ煤的含硫气体释放,致使YQ煤的热解固硫率提高。NaCO的固硫产物为稳定的NaSO和少量NaS。四种添加剂对黄铁矿硫均有较强的分解作用,且ZnCl和CaO对噻吩硫的分解作用也较强。在燃烧过程中,由于Zn S和Cu2S容易被氧化,所以在燃烧过程中释放大量SO,使燃烧固硫率很低。而Ca S被氧化为稳定的Ca SO,NaSO也具有良好的稳定性,所以加入CaO和NaCO所得的半焦有较好的燃烧固硫性能。(2)复合钙基固硫剂以CaO为主,分别加入一定比例的ZnCl、CuO和NaCO。与单一添加剂相比,复合钙基固硫剂对热解及半焦燃烧的综合固硫作用更强。三种助剂的引入均能有效降低煤热解过程的HS和COS逸出量,并且在燃烧过程中能捕获燃烧释放的SO,使热解和半焦燃烧综合固硫率均高于相应单一添加剂。(3)为了验证煤热解-半焦燃烧过程的固硫作用是否是气-固相反应,进一步考察了这几种固硫剂对含硫气体的吸收反应。发现金属氧化物及盐的固硫作用应以固-固相反应为主。ZnCl对HS和COS具有较好的吸收作用,CuO的吸收作用次于ZnCl,CaO和NaCO的吸收能力更弱,而复合固硫剂在直接吸收含硫气体过程中均没有观察到协同作用。这与这些添加剂对煤热解-半焦燃烧过程的固硫作用不符。