“三高”劣质煤气化应用研究

【摘要】： 随着我国能源供应的日益紧张,劣质煤的高效利用被广泛关注。山西省劣质煤资源储量较大,其中大部分是灰含量大于40%、硫含量大于2%、灰熔点大于1500 oC、被认为是资源经济性和环保性差的“三高”煤,合理有效的利用该资源对缓解我国能源危机具有重要意义。随着煤气流床气化技术的发展,为“三高”煤洁净利用提供了机遇。但实现“三高”煤气流床气化应用的前提,必须降低其灰熔点以达到该技术液态排渣的要求。 本论文选用灵石“三高”煤作为研究对象,通过添加助熔剂、配低灰煤和添加生物质灰降低其灰熔点等方法探讨降低“三高”煤灰熔点的途径。并利用耐弛同步热分析仪研究降低灰熔点同时,对“三高”煤气化反应性产生的影响。所得主要结论如下: (1)添加合适量的钙基助熔剂和铁基助熔剂均可以降低“三高”煤灰熔点;钙基助熔剂和铁基助熔剂以一定比例组成的复合助熔剂比单组分助熔剂有更好助熔效果,二者存在的协同作用被揭示。 (2)配入低灰分、低灰熔点煤种再结合添加助熔剂可以更有效的降低“三高”煤灰熔点。 (3)“三高”煤中添加生物质灰可以降低其灰熔点,利用生物质灰分较低和灰分中碱金属比例较高的特点,在气化“三高”煤时添加生物质既可以降低入料煤的灰含量,也达到降低“三高”煤灰熔点目的。 (4)“三高”煤CO2气化时,CaO和Fe2O3助熔剂均对对气化反应过程产生催化作用,其中Fe2O3助熔剂的催化作用优于CaO助熔剂。水蒸气气化时,开始CaO和Fe2O3助熔剂对气化反应速率均有催化作用,且CaO催化效果优于Fe2O3,当温度较高时助熔剂对气化反应的催化作用变的不在明显。 (5)浮选过程对“三高”煤气化反应的影响与反应历程有关:表现在CO2气化反应表观活化能增高,反应速率降低;水蒸气气化反应速率加快,其中原因被合理解释。 (6)“三高”煤的气化反应动力学过程能用缩核反应模型描述,在缩核模型下获得“三高”煤焦气化反应动力学参数,在CO2和水蒸气两种气氛中气化时,“三高”煤焦气化反应的表观活化能与指前因子之间均存在补偿效应。 【关键词】：“三高”煤 灰熔点 助熔剂 煤气化 动力学模型
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 课题研究背景及意义11-20
• 1.1.1 我国能源结构及煤炭资源现状11-12
• 1.1.2 煤气化技术及其发展现状12-13
• 1.1.3 煤气化基本原理13-17
• 1.1.4 煤气化反应的过程17-18
• 1.1.5 煤气化过程的影响因素18-20
• 1.2 降低气化用煤的灰熔点研究20-24
• 1.2.1 降低煤灰熔点技术的发展20
• 1.2.2 煤的灰熔点对煤炭大规模煤气化的影响20-21
• 1.2.3 影响煤灰熔点的主要因素21-23
• 1.2.4 助熔剂的选择与添加23-24
• 1.3 煤气化动力学及其添加助熔剂对气化反应的影响24-29
• 1.3.1 煤气化动力学研究24-25
• 1.3.2 煤气化动力学模型25-26
• 1.3.3 添加助熔剂对煤气化反应的影响26-29
• 1.4 课题的研究目的和内容29-30
• 第二章 实验部分30-37
• 2.1 原料的选取与制备30-31
• 2.2 实验所用仪器及药品31
• 2.3 高灰煤的浮选实验31-32
• 2.4 煤灰熔点的测试实验32-34
• 2.4.1 煤灰熔点的测试方法32
• 2.4.2 灰熔点实验装置32-33
• 2.4.3 实验过程33
• 2.4.4 助熔剂添加量相关计算公式33-34
• 2.5 煤的气化实验34-37
• 2.5.1 实验装置34
• 2.5.2 实验条件34-36
• 2.5.3 气化实验数据相关计算36-37
• 第三章 降低灵石煤灰熔点的研究37-50
• 3.1 添加CAO对煤灰熔点的影响37-41
• 3.2 添加Fe_2O_3 降低灰熔点41-43
• 3.3 铁基助熔剂和钙基助熔剂的协同效应43-44
• 3.4 配煤和添加助熔剂结合降低煤灰熔点44-45
• 3.5 添加生物质降低灰熔点45-48
• 3.6 小结48-50
• 第四章 “三高”煤气化反应动力学研究50-65
• 4.1 温度对气化反应的影响50-51
• 4.2 浮选对煤气化反应性的影响51-53
• 4.3 CO_2 与水蒸气气化反应活性对比53-54
• 4.4 添加助熔剂对煤气化反应性的影响54-57
• 4.5 煤中矿物质含量对气化反应的影响57-58
• 4.6 煤气化过程的补偿效应58-63
• 4.7 小结63-65
• 第五章 结论和建议65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 建议66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 论文发表情况73

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