水热改性对褐煤热转化过程中污染物释放及迁移规律影响概述

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1、水热改性对褐煤热转化过程中污染物释放及迁移规律影响概述1绪论1.1.研究背景及意义能源是人类赖以生存的物质基础，每一次能源品质与技术的提高都标志着人类社会的巨大进步。随着当今社会对能源需求的不断增大，能源问题已经成为21世纪世界共同关心的话题，人们对全球环境保护以及新能源的发展日益重视，按照能源的产生，能源分为一次和二次能源。一次能源主要包括化石燃料、太阳能、生物能、风能、核能、水能等等[2]。根据2013年BP世界能源统计年鉴[3]，在所有能源消费中煤炭、石油和天然气占有绝对主要的地位。表1.1给出了世界一次

2、能源消费结构。从表中可知，原煤消费在世界能源消费比重中逐年增加，原油则逐年递减，天然气比重自2009年后略有升高，水电、核电、再生能源得到稳步发展。由我国的能源行业分析[4]，我国的能源消费仍主要以化石燃料为主，形成了以煤炭为主体、石油天然气全面发展、新能源大力推广、核电安全步进的发展模式[5]。表1.2给出了我国一次能源消费结构，从表中可知，原煤在我国能源消费比重中逐年降低，天然气比重逐年升高，原油比重保持平衡，核电在2012年有了较明显增长。从我国能源发展来看，煤炭在一次能源消费中的比重虽然会逐年降低，但其

3、主要地位仍将维持很长时间，故而如何高效清洁的利用煤炭资源仍然是未来我国能源的发展方向。褐煤是煤化程度较低的低品质煤，它具有水份高、灰分高、碳氢含量低、发热量较低、孔隙结构极为发达、易氧化等特点[6]，但其储量丰富，可以为我国提供长期的煤炭供应。我国褐煤资源中，已探明1291.32亿吨，占总探明煤炭的12.69%;预测储量1903.06亿吨，占总储备煤炭量的4.18%。我国褐煤主要分布在云南、新疆、内蒙古、辽宁、吉林等地[。目前全球褐煤的主要利用方式是就近坑口电厂的直接燃烧或者部分掺烧，这不仅使得褐煤利用效率低下

4、，污染物排放不达标，经济性差，同时对火电设备寿命带来严重损害[8]。届于褐煤在煤炭资源中的重要地位，以及优质褐煤资源的日益紧缺，褐煤如何高效大规模利用已经成为一个急待解决的问题。.1.2水热提质脱水技术水热提质是非蒸发干燥技术。其原理是：在高温高压反应荃内，装置结构如图1.1所示，按照一定干煤水比例加入实验褐煤和蒸饱水后进行程序升温加热，利用高温下蒸偕水的饱和蒸汽压以液态形式排出揭煤中水份。揭煤的水热提质实际上是模拟揭煤自然成熟的过程，揭煤经过水热提质之后，煤中碳含量升高，水份含量明显降低，不易发生复吸现象，低

5、位发热量升高，褐煤品质得到提高，揭煤煤阶提高[12]。水热提质进行的过程中会对煤中分子结构以及官能团进行破坏和重组，对煤的理化特性具有一定的影响。Favas等[14-16]对澳大利亚揭煤进行水热改性研究，发现改性后澳大利亚褐煤的含水量相比原煤降低了72%,褐煤品质大幅度提高，其水煤浆成浆浓度达到60%以上，燃烧热值大幅度增加；Favas还发现改性后褐煤孔隙结构发生变化，反应温度成为影响孔隙结构变化的主要因素；水热改性后剩余废水中TOC(有机碳）随着澳大利亚褐煤样品煤阶的降低而升高，同时在废水中检测到大量的Na元

6、素，说明煤中的械金属也存在着随水热改性析出的过程。Mursito对高含水量的泥煤进行了水热改性的研究，发现水热温度越高，改性后泥煤的煤阶升高越明显，煤中固定碳含量大幅升高，热值升高明显；同时检测到改性剩余液体废水中TOC含量随水热反应温度的升高呈现大幅升高的趋势，高温时TOC浓度能达到低温时的9-10倍；水热过程检测到CO、CO2、H2和少量CH4废气。.2实验设备与方法2.1.引言本章主要对实验所用仪器设备进行详细的介绍，并对煤样准备过程做一个筒明的阐述，为接下来的分析实验做铺垫。2.2实验装置2.2.1褐煤

7、水热改性设备本文水热改性实验在威海自控反应签有限公司生产的S实现自动连续检测，实现样品热裂解-气体成分检测一体化，为煤粉快速热裂解挥发份分析提供了便利条件。3水热改性前后煤中氮、硫元素赋存形态的变化...........263.1实验方法..........263.2水热改性对褐煤性质的影响..........263.3水热改性前后煤中氮的变化..........273.4水热改性前后煤中硫的变化..........323.5本章小结..........374改性煤快速热裂解过程含氮、硫元素的大分子......

8、....394.1实验方法..........394.2快速热解过程中含N大分子挥发份产物的释放..........394.3快速热解过程中含S大分子挥发份产物的释放..........634.4本章小结..........675改性煤热转化过程中氮、硫污染物释放特性..........695.1实验方法..........695.2水热改性对煤热解过程中含氮、硫污染物释放规律....