探索煤及煤岩显微组分热解、气化过程中氮的迁移机理

《探索煤及煤岩显微组分热解、气化过程中氮的迁移机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、太原理工大学博士学位论文煤及煤岩显微组分热解、气化过程中氮的迁移机理姓名：林建英申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：谢克昌20060401太原理上火学博士研究生学位论文煤及煤岩显微组分热解、气化过程中氮的迁移机理摘要煤炭是世界上最丰富的化石燃料资源，在煤的利用过程中会产生许多对环境有害的污染物，氮氧化物(NO。)是其中‘种。NO。不仅可形成酸雨、而且会引起光化学烟雾，N：0则对臭氧层造成破坏，因此减少或控制NO。排放的洁净煤利用技术已经引起世界范围内的广泛关注。深入了解NO。及其前驱物的生成规律，并充分认识其生成机理有助于对这一问题的解决。本研究采用固定床反应器、滴落床／N定

2、床反应器和流化床／固定床反应器，用离子色谱仪、元素分析仪、气相色谱．质谱仪等对煤热解、气化的气相、液相和固相产物中的含氮化合物进行分析，首先考察了5种不同变质程度原煤在热解过程中氮迁移的规律：其次对同一种煤中分离的三种煤岩显微组分和不同变质程度的镜质组热解过程中氮迁移的规律进行研究；随后进一步考察了煤和煤岩显微组分在小同气氛气化过程中氮迁移的规律：最后对含氮模型化合物热解和气化过程中氮迁移的规律做了研究，主要结果和结论如下：(1)煤热解过程中氮的迁移煤热解过程中HCN丰要生成于挥发分逸出阶段，其生成率随煤的挥发分含量增高、热解温度升高和加热速率增高而增大。Nft3的生成率随A原理：

3、I：人学博士研究生学何论文热解温度升高而增大，加氢热解过程的NH，生成率比Ar热解过程的高，原煤热解比脱矿物质煤热解NH3的生成率高。煤的岩相组成对N-]13的生成率也有影响。平朔煤和神府煤挥发分含量基本相同，但岩相组成差异较大，热解过程巾神府煤的NH：生成率比平朔煤提高近～倍。(2)煤岩显微组分热解过程中氮的迁移从平朔煤中分离得到的三种煤岩显微组分在热解过程中HCN和NH，的生成规律有较大差异。HCN的生成率不仅和显微组分的挥发分含量有关，而且和显微组分中氮的存在形态有关。在热解温度高于8000C时，HCN的生成率随显微组分反应性增高而增大，表现为：稳定组>镜质组>惰质组。但在热

4、解温度低于800。C时，显微组分中的氮存在形态对HCN生成率有影响。显微组分中的氮多以吡啶型和吡咯型氮存在，镜质组含吡咯型氮多，稳定组含吡啶型氮多，吡咯的热分解初始温度比吡啶低，因此表现为在低于800。C时镜质组的HCN生成率高于稳定组，惰质组的HCN生成率最低。热解过程中平朔煤三种煤岩显微组分NH3的生成率与显微组分生成氢自由基的能力和反应中固态产物量有关，生成氢自由基的能力强、固态产物多，则NH3的生成率高，说明NH。的生成源于非均相气固反应。具体表现为惰质组的NH，生成率最高，稳定组的NH，生成率最低。热解条件和变质程度对镜质组热解过程中HcN和NH，生成率的影响与其对原煤的

5、影响相同，镜质组热解过程HCN和Nit3的生成规律在一定太原理：1：大学博士研究生学位论文程度上体现了原煤热解过程HCN和NH3的生成规律。将平朔三种显微组分按一定比例混合得到三种混合煤样，对混合煤样以及平朔脱矿物质煤在不同温度快速热解过程中HCN的生成率考察的结果表明，平朔脱矿物质煤和混合煤样的HCN生成率均大于按单种显微组分计算得到的值，说明在快速热解生成HCN的过程中显微组分间有协同效应，这可能与热解过程不同显微组分混合后挥发分的逸出更为容易有关。原煤样中氮主要以含氮杂环化合物的形式存在，热解焦油中有有机腈，说明煤中含氮杂环化合物的释放经历了开环、裂解过程。(3)煤气化过程中

6、氮的迁移煤样在C02和H20／Ar气化过程中，由于在半焦继续气化阶段NH3的生成速率明显提高，气化过程中煤样的NH3生成率比热解时增加了1～35％，与此同时，煤的岩相组成对NH3生成的影响不再明显，表现为平朔煤的NH3生成率稍大于神府煤。平朔煤在O：／Ar中气化时，半焦继续气化阶段HCN的生成率达到19％，NH3的生成率相对较小为13％，由于半焦在02／Ar中的气化反应性比在C02中高，因此认为较高的半焦气化反应速率有利于生成HCN。(4)煤岩显微组分气化过程中氮的迁移反应条件对显微组分气化过程HCN和NH3生成率的影响与热解过程相同，但是不同类型的显微组分在02／Ar和C02中气

7、化时，NH3的生成规律和热解过程不同。平朔煤镜质组在半焦继续气化阶段NH，的生成速太原理：1．：大学博士研究生学位论文率比惰质组高，最终导致其NH3的生成率高于平朔惰质组。(5)含氮模型化合物热解、气化过程HCN和NH3的生成从液体产物中直链腈以及联毗啶的存在可推断HCN生成经历了生成吡啶自由基、毗啶自由基开环、裂解的均相反应过程；液体产物中没有测到有机胺，而且NH3的生成率随体系中固体产物增多而增大，则可说明NH3生成于非均相反应。吡啶热解、气化过程中HCN的生成率