礦物組分對煤熱解過程的影響及其機理研究

《礦物組分對煤熱解過程的影響及其機理研究》是依託浙江大學，由王勤輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：礦物組分對煤熱解過程的影響及其機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：王勤輝
• 項目類別：面上項目

項目摘要

為了高效利用煤炭資源中的高價值組分，同時獲取電力、熱能、化學產品和液體燃料，基於固體熱載體熱解的煤熱解氣化燃燒分級轉化技術得到了越來越大的關注。在這一技術背景下，開展固體熱載體煤灰礦物組分以及煤自身固有礦物組分對煤熱解的影響規律及其機理方面的研究工作就顯得尤為迫切。國內外對煤自身固有礦物質以及添加金屬鹽類、金屬氧化物等無機物對煤熱解過程的催化作用進行了探索，但往往局限於煤中非礦物相的礦物質對煤熱解影響方面的研究，對煤中礦物相以及煤灰礦物組分對煤熱解影響方面的研究甚少涉及，因此無法全面地、系統地揭示礦物組分對煤熱解過程的影響規律及其機理。本項目擬開展不同煤種、不同熱解氣氛、不同壓力條件下煤以及煤灰中礦物組分對煤熱解過程（熱解產物組分及其產率）的影響規律及其機理的研究，並建立在大量煤灰存在條件下煤與煤灰共熱解模型，為煤熱解氣化燃燒分級轉化裝置的設計和運行提供指導。

結題摘要

近年來，為實現高效利用煤炭資源中的高價值組分，同時獲取電力、熱能、化學產品和液體燃料，基於固體熱載體熱解的煤熱解氣化燃燒分級轉化技術得到了越來越大的關注。在這一技術背景下，我們開展了固體熱載體煤灰礦物組分以及煤自身固有礦物組分對煤熱解的影響規律及其機理方面的研究。本項目利用固定床熱解實驗平台和流化床熱解實驗平台，研究了煤中以及煤灰中不同礦物組分（如Fe2O3、CaSO4、CaO 、CaCO3、CaS、SiO2等）對煤熱解過程的影響，灰分對半焦的氣化反應特性的影響，在CO、CO2等熱解氣氛下礦物組分對煤熱解過程的影響，以及不同礦物組分對煤熱解過程中硫的遷移和轉化的影響等方面的內容。研究揭示了礦物組分Fe2O3對煤熱解的影響機理主要歸因於兩點：Fe2O3的催化作用以及Fe2O3與熱解產物發生化學反應。研究發現不同形式的鈣基礦物質對熱解的影響不同。比表面積和灰分均會對熱解半焦的氣化機理產生影響，比表面積較大的熱解半焦的實驗結果更符合基於單獨活性位假設的Langmuir-Hinshelwood (L-H)模型預測值，而比表面積較小的熱解半焦的實驗結果與基於公共活性位假設的L-H模型預測值相吻合。脫灰後的熱解半焦，其實驗結果與基於2種假設的L-H模型預測值均不吻合。研究還發現礦物組分在CO氣氛中的水汽變換反應中發揮了重要的催化作用，在半焦的CO2氣化過程中也起到了催化的作用。研究揭示了煤灰對H2S的影響由煤灰中Fe2O3的固硫作用和煤灰中CaSO4與煤氣中的H2的反應這二者共同決定，煤灰在高溫下對COS的促進作用與煤灰中的CaSO4有關，另外煤灰還對CH3SH的分解起到了主導作用。研究結果為煤熱解氣化燃燒分級轉化技術的開發提供了指導。