煤氣化過程中微量元素的遷移轉(zhuǎn)化及高溫脫除的實驗研究.pdf

1、煤氣化技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟(jì)、清潔的煤炭利用技術(shù)。目前，微量元素的排放和控制主要集中于燃煤煙氣中有害微量元素的排放及控制技術(shù)，而對氣化過程中微量元素排放與控制的研究還相對較少。為有效預(yù)測和控制煤氣化過程中有害微量元素向大氣的直接排放，需要研究其遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律及有效控制方法，進(jìn)一步建立和完善污染防治的理論基礎(chǔ)。本文對煤在高溫高壓條件下熱解氣化過程中微量元素的釋放與富集、形態(tài)轉(zhuǎn)化、脫除控制和反應(yīng)機(jī)理等方面進(jìn)行了較為詳細(xì)和系統(tǒng)的研究。
　

2、　選用中國典型動力用煤和較為特殊的高微量元素含量煤，對煤中可檢測微量元素在煤轉(zhuǎn)化過程中的釋放及富集規(guī)律進(jìn)行了總體的考察，分析了外在熱處理方式及其自身的物理化學(xué)性質(zhì)和賦存形態(tài)對揮發(fā)性的影響。利用小型慢速、快速升溫?zé)峤庋b置對中國典型動力用煤進(jìn)行高溫?zé)峤鈱嶒?，研究了?50-1400℃的溫度范圍內(nèi)微量元素釋放與富集規(guī)律。通過選用四種中國典型動力用煤，利用ICP-MS、XRF、XRD檢測方法，研究煤中四十余種可檢測微量元素(包括氟、氯，稀土元素

3、等)在不同反應(yīng)器中隨著反應(yīng)溫度、升溫速率、停留時間等熱處理條件的變化而產(chǎn)生的不同的揮發(fā)與富集行為，并根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)對微量元素在高溫?zé)峤膺^程中的揮發(fā)特性和富集規(guī)律進(jìn)行比較和分類，得出表征微量元素排放特性數(shù)值。煤中多數(shù)易揮發(fā)性微量元素在高溫焦中的富集率極低，而部分不易揮發(fā)的微量元素則更傾向于在高溫焦中富集，其中稀土元素的富集現(xiàn)象尤為突出。
　　采用高溫高壓氣化裝置，研究煤高溫高壓熱解氣化過程中，煤中微量元素砷、鉻的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。選用

4、兩種中國典型動力用煤和兩種高微量元素、高硫高灰煤(包括不同變質(zhì)程度、煤巖組成、灰熔點和硫含量煤)，探討了高溫高壓條件下(800-1200℃，1-3 MPa)，微量元素砷、鉻的揮發(fā)性和形態(tài)分布規(guī)律；分析了在不同的氣氛下，溫度和壓力等因素對元素砷、鉻的遷移轉(zhuǎn)化的影響；并結(jié)合其自身性質(zhì)進(jìn)一步分析煤中礦物質(zhì)在高溫氣化過程中的分解和轉(zhuǎn)化。高溫高壓熱解氣化過程中微量元素As和Cr的揮發(fā)性隨著溫度的升高而有不同程度的增加。低灰煤A中的As在800℃以

5、前就開始揮發(fā)，而高灰煤A中的As在800℃以后才大部分揮發(fā)出來，揮發(fā)率在1200℃時達(dá)到最大值。而Cr的揮發(fā)率在考察的溫度和壓力范圍內(nèi)的變化并不大。
　　將小型氣化裝置與安大略法氣態(tài)汞采集裝置相結(jié)合，研究了煤高溫轉(zhuǎn)化過程中易揮發(fā)性微量元素汞的遷移及形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律。主要利用OHM，CVAFS等方法在熱解/氣化/燃燒/富氧燃燒條件下(N2，CO2，H2O，Air，O2/CO2)進(jìn)行汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化的實驗研究，分析了不同工況下汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化和分

6、布規(guī)律，并結(jié)合化學(xué)熱力學(xué)模型進(jìn)行結(jié)果的對比分析，為高溫煤熱解氣化條件下汞的排放控制提供實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。氣化過程中汞的釋放率較高，元素汞是氣相產(chǎn)物中汞的主要形態(tài)。溫度是汞的釋放和氧化的最重要的影響因素，并且隨著熱解溫度的升高及加熱時間的延長，氣體產(chǎn)物中的二價汞的比例有不同程度的增加?？諝鈿夥罩泄膿]發(fā)率和二價汞占?xì)鈶B(tài)總汞的比例都同比高于氧氣/二氧化碳?xì)夥?，元素汞仍然是主要的汞存在形式?br>　　在上述煤高溫高壓熱解氣化過程中微量元素

7、排放特性研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究吸附劑對微量元素汞的高溫脫除效果與吸附機(jī)理。設(shè)計和搭建了高溫吸附反應(yīng)裝置，選用新型工業(yè)非碳基礦物吸附劑，結(jié)合汞在線分析系統(tǒng)，進(jìn)行了非碳基礦物吸附劑脫汞效率的實驗與機(jī)理研究。利用TGA，INAA，CCSEM，CVAFS，CVAAS，XRD，F(xiàn)SEM-EDS等分析方法，分析了溫度、接觸時間、預(yù)處理等因素和吸附劑的礦物組成、礦物轉(zhuǎn)化，以及水蒸氣、堿金屬和硅土添加劑等對汞的高溫吸附效率的影響。吸附劑的吸附能力受到