準(zhǔn)東煤熱解過程中無機(jī)鈉的轉(zhuǎn)化及對熱解產(chǎn)物的影響.pdf

1、準(zhǔn)東煤田是我國最大的整裝煤田，煤炭儲量約占全國總儲量的7％。但準(zhǔn)東煤中鈉的含量遠(yuǎn)高于其他動力用煤，在燃燒和熱轉(zhuǎn)化過程中容易引起尾部受熱面沾污、結(jié)渣和腐蝕；另一方面，鈉又是一種高效的催化劑，在活化煤中羧基、羥基等各種含氧官能團(tuán)及C-C鍵方面起著重要作用，可顯著降低煤的燃點(diǎn)、促進(jìn)煤焦的氣化、提高焦炭的燃盡率。煤中不同賦存形態(tài)的鈉對煤熱解和氣化的催化活化效果不同，而且在煤熱利用過程不同賦存形態(tài)鈉之間可發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。因此，研究鈉的賦存形態(tài)在熱解

2、過程中的轉(zhuǎn)化對準(zhǔn)東煤的高效利用至關(guān)重要。
　　準(zhǔn)東煤中的鈉以水溶性無機(jī)鈉為主，占煤中鈉含量的80%以上。本文以準(zhǔn)東煤中的水溶性無機(jī)鈉為研究對象，通過在酸洗后的準(zhǔn)東煤上定向擔(dān)載不同化學(xué)形式的水溶性無機(jī)鈉，并在水平爐實驗系統(tǒng)上進(jìn)行快速熱解，分析水溶性無機(jī)鈉在煤熱解過程中賦存形態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律。以此為基礎(chǔ)，研究水溶性無機(jī)鈉對準(zhǔn)東煤熱解揮發(fā)分生成特性的影響，根據(jù)熱解產(chǎn)物與煤中官能團(tuán)的對應(yīng)關(guān)系，得到水溶性無機(jī)鈉催化煤中官能團(tuán)裂解的規(guī)律；此外還研

3、究了不同化學(xué)形式的水溶鈉對半焦反應(yīng)性的影響規(guī)律，并分其作用機(jī)制。
　　研究表明，在煤熱解過程中不同賦存形態(tài)鈉之間存在相互轉(zhuǎn)化，并且不同化學(xué)形式鈉的轉(zhuǎn)化規(guī)律不同。高溫下，擔(dān)載Na2SO4的煤（Na2SO4-loaded coal）熱解生成的焦中仍存在大量的水溶態(tài)鈉，而擔(dān)載NaCl的煤（NaCl-loaded coal）熱解生成的焦中水溶性鈉幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)鈉揮發(fā)出去。由于在擔(dān)載過程中發(fā)生了鈉離子交換，擔(dān)載NaHCO3的煤（NaHC

4、O3-loaded coal）熱解時，鈉賦存形態(tài)的轉(zhuǎn)化與其它兩種煤之間存在顯著的差異，表現(xiàn)為在300℃-600℃期間存在顯著的水溶性鈉和乙酸銨溶鈉相互轉(zhuǎn)化。
　　對擔(dān)載不同化學(xué)形式水溶性鈉的煤熱解產(chǎn)物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其熱解揮發(fā)分總量與酸洗煤相比變化不大，但焦油產(chǎn)率明顯降低，說明水溶性無機(jī)鈉對煤熱解產(chǎn)物有較大影響。采用便攜式 FTIR多組分氣體分析儀檢測了熱解生成的部分永久性氣體（CO和CH4），分析了不同化學(xué)形式水溶性鈉的影響規(guī)律，

5、獲得了水溶性鈉對煤熱解過程中官能團(tuán)分解的作用規(guī)律。結(jié)果表明，不同化學(xué)形式的水溶性鈉在熱解過程中催化官能團(tuán)分解的溫度范圍不同，且隨官能團(tuán)種類發(fā)生變化。
　　將擔(dān)載不同化學(xué)形式水溶性鈉的煤在500℃、700℃和900℃熱解，采用熱天平檢測了焦樣的低溫氣化反應(yīng)特性。結(jié)果表明，無機(jī)鈉的擔(dān)載均顯著提高了煤焦的反應(yīng)活性，但不同化學(xué)形式水溶性鈉的影響程度不同。500℃和700℃下制備的焦樣中，擔(dān)載NaHCO3的催化活性最強(qiáng)；而在900℃，擔(dān)載N