宁东煤热解初始段硫迁移的分子动力学模拟

为探究硫元素在煤热解过程中的迁移规律和污染物的形成,以宁东煤为研究对象,采用X射线光电子能谱、~(13)C固体核磁等表征手段结合工业分析、元素分析对宁东煤内部元素种类、化学价态以及成键方式进行分析,构建了2种含硫低阶宁东煤干燥无灰基下的化学结构模型。在Material Studio软件中经过分子动力学退火模拟和几何结构优化得到了立体结构明显的化学结构,保证了每个模型盒子中有4个硫原子,以正确归纳煤热解过程硫的迁移路径和产物。采用ReaxFF力场在参考温度2 500 K下进行200 ps的分子动力学模拟,发现热解产物分布与参考模拟结果吻合较好,证明了模型构建的合理性。通过归纳硫醇和硫酚存在形式的S原子分别在煤热解过程初段的转变特性,发现2种存在形式的硫原子均进入焦油产物中,但具有不同的迁移速率和稳定链结构。这属于硫在煤热解初始阶段的迁移,可解释实际低温煤热解时煤焦油中含硫较高的现象。需提高模拟参考温度或延长计算时间,才能确定煤热解过程硫迁移的二次反应行为。     

煤热解中有机硫的变化

煤中的硫给煤的加工利用带来麻烦,对环境造成污染。本文对迄今为止研究较少的有机硫考察了其在热解中的变化。所用原料煤为兖州和东林两种高硫煤,先用1:7硝酸脱除全部无机硫。通过管式加热炉热解试验发现可脱除的有机硫分布,对兖州燥:400℃前23%,400～500℃14%,500～900℃10%,合计57%;对东林煤,分别为10%,9%和26.5%,合计55.5%。脱除的硫主要以硫化氢形式析出。本文还讨论了热解脱硫机理和有机硫的结构。     

高挥发分煤与高硫焦煤共热解过程中硫的迁移

用固定床反应器进行高挥发分烟煤和高硫焦煤的热解实验,利用气相色谱、热重、质谱等研究了高挥发烟煤和高硫焦煤混合共热解过程中硫的转化。结果表明,在共热解过程中发生了硫的迁移行为,高挥发分烟煤中的含氢自由基可以与高硫焦煤中的硫结合,生成H₂S,增加了挥发分中的硫含量,降低了焦中的硫含量,增加高硫炼焦煤的使用,可以降低配煤成本。     

典型炼焦高硫煤热解过程中硫迁移规律研究

选择一种山西肥煤(YX)、新西兰1/3焦煤(NXL)和一种山西焦煤(JX)为研究对象,模拟工业炼焦条件,在水平管式炉中制备了300℃~1 000℃的半焦,用化学分析法分析了原煤及不同温度下半焦中的形态硫含量的变化,并用XRD考察了热解过程中煤中硫铁矿晶型的转变.结果表明,三种煤中的全硫都随热解温度的升高而降低,随着变质程度的升高,全硫降低最大的温度区间向高温偏移.除YX外,其他两种煤中的硫酸盐硫随温度的变化不明显;三种煤中的硫铁矿先分解成FeS1-x,当温度超过600℃,FeS1-x进一步分解为FeS;三种煤中的有机硫变化无明显的规律.     

程序升温热解过程中高挥发分煤对高硫焦煤硫迁移的影响

采用程序升温热解方式进行高挥发分煤(Coal B)和高硫焦煤(Coal A)的共热解实验,以期减少焦中硫含量。开展了不同配比实验分析热解过程中硫的迁移,并设计了三组解析对比实验,分析在共热解过程中,发生硫迁移行为的主要影响因素。结果表明,焦煤Coal A含量在50%～66.7%范围时,高挥发分煤Coal B与Coal A的焦反应会降低焦中硫含量。     

神府煤热解中试过程中硫、氮迁移分布探讨

在低阶煤新型热解工艺中试研究的基础上,探讨了不同温度条件下煤热解过程中硫、氮在半焦、焦油、煤气三大产品中的迁移分布情况。研究结果表明:煤中硫、氮的迁移直接受热解温度、煤阶以及硫、氮在煤中的赋存形式的影响;热解终温达到500℃后,硫的产物分布趋于稳定,大部分硫主要滞留于半焦中,焦油中硫的分布较少;热解终温达550℃时,有半数左右的氮仍滞留于半焦中,释放出的含氮产物中,HCN和NH_3所占的比例较少,大部分以焦油氮和N_2的形式分布于热解产物中。     

高硫煤中形态硫的热解迁移特性

对西北地区石炭纪高硫煤进行热解实验,考察了热解温度(200℃～1 000℃)和热解停留时间(20min～100min)对煤中形态硫的迁移特性的影响,并通过FTIR分析了热解过程中半焦的结构变化情况.研究表明,高硫煤中全硫随热解温度的升高先减小后增大,在600℃时达到最低;硫酸盐硫的含量较低,维持在0%～0.5%之间;硫化铁硫随着热解温度的升高逐渐减小;有机硫随热解温度的升高先减小后增大,在500℃时达到最低.无机硫脱除率高于有机硫脱除率.煤热解过程中氧和硫等杂原子官能团在半焦中不断减弱.     

煤热解过程中硫的析出规律研究进展

总结了我国煤炭中各种形态硫的赋存规律,及其在热解过程中无机硫与有机硫变迁规律的研究现状,比较不同气氛下各种硫的析出,指出富氢气体在煤炭热解脱硫方面应用前景广阔。     

固体热载体煤热解过程中氮的迁移

在固体热载体煤热解实验装置上考察了石英砂、燃烧灰和气化半焦为热载体对煤热解过程中氮迁移的影响.固体热载体煤热解过程中,热解温度升高有利于煤中挥发分析出,可以促进煤中含氮官能团发生断键,利于氮的脱除.快速热解可促进煤中氮脱除生成HCN和NH3.分别以石英砂、燃烧灰和气化半焦为热载体,研究表明:热载体中矿物质可促进焦油氮分...     

煤热解过程中氮、硫析出形态的研究进展

综述了煤中氮、硫元素的赋存形态及其在煤热解过程中析出形态的研究进展，讨论了温度、压力和煤阶等因素对氮、硫在热解产物中赋存形态的影响，同时给出了一些含氮、硫化合物的可能生成途径。指出应大力加强煤热解过程中氮、硫析出形态的研究，以实现煤的洁净利用。     

宁东煤在煤气化工艺中的应用分析

对宁夏宁东矿区煤种进行了工业分析和灰成分分析,介绍了宁东地区不同煤种在德士古气化废锅工艺、四喷嘴水煤浆气化工艺及GSP气化工艺中的应用情况。工业应用结果表明:宁东煤是较好的气化原料煤;不同气化技术对煤质要求不同,水煤浆气化工艺要求煤不仅有良好的成浆性能,且黏温曲线要温和;GSP气化技术对煤种的适用性更宽些。在实际运行中,通过不同煤种的配比,宁东地区煤种可以适合多种煤气化技术。     

煤热解过程中硫氮分配及迁移规律研究进展

总结了煤热解过程中硫、氮的迁移转化规律,讨论了硫氮在煤气、焦油和半焦中的分配情况,分析了一种同时脱硫脱氮的煤解耦燃烧工艺,给出了煤燃烧过程硫氮污染物的可控转移目标和几个有待解决的主要问题。     

煤慢速升温热解过程中冠醚对硫脱除率的影响

在固定床反应器中研究了团柏煤中硫在氮气气氛下随温度、停留时间的变迁规律,并考察了煤慢速升温热解过程中添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6对硫脱除率的影响。结果表明:在煤热解过程中添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6都有利于总硫的脱除;当热解温度大于550℃时,相同条件下添加二苯并-18-冠-6时总硫的脱除效果明显优于添加18-冠-6;在煤热解过程中,添加二苯并-18-冠-6也可提高有机硫的脱除率;当热解温度小于650℃时,添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6,同时可明显提高黄铁矿硫的脱除率。通过对热解半焦进步的脱附实验和孔结构分析,发现在原煤热解过程中,添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6,可以使半焦平均孔径变大。     

助熔剂对宁东煤灰熔融特性影响的研究

通过添加CaCO3、MgO和Fe2O3三种助熔剂,考察其对宁东矿区两种煤样（1#、2#）灰熔融温度的影响,并利用三元相图及XRD对煤灰矿物组成进行分析.结果表明：在高温下煤灰中矿物质之间形成低温共熔物,使煤灰的灰熔点降低,且硅铝比较低的煤样具有较低的灰熔融温度.实验表明在弱还原性气氛中,三种助熔剂对2#煤样灰熔融温度的降低效果较明显.     

日本的煤炭快速热解技术

为了开发独具特色的煤炭快速热解技术,日本先后建立了原料煤处理量分别为7t/d和100t/d的工艺开发和中间试验装置。大量的试验研究结果表明：1t高挥发分原料煤经过快速热解,大致可以得到低热值的17．87MJ/m^3的煤气1000m^3,半焦250kg、焦油70kg、苯类（主要是苯、甲苯及二甲苯）35kg,同时还可副产水蒸气约300kg。目前,中试研究仍在进行中。     

煤化工装置中硫回收单元的模拟设计

采用Sulsim软件,对煤化工装置中硫回收单元进行流程模拟设计。采用不同浓度的氧气与同一原料酸性气发生燃烧反应,讨论了氧气浓度对燃烧反应的影响,分析了采用Sulsim软件中不同的燃烧反应经验模式设计对模拟结果的影响。模拟结果表明,使用纯氧可大幅度提高装置处理能力,且在Sulsim软件模拟中,炉膛燃烧反应模式选用富氧燃烧模式更为可靠。模拟结果与国内外研究资料及实际工厂运行情况吻合,并分析了该模拟结果产生的原因及其对于工业设计的意义。     

高硫炼焦煤中硫元素赋存形态的XANES分析

硫是自然界中最为活跃的元素之一,赋存形态多样。炼焦煤中有机硫的高效脱除是近年来的研究热点。以山西两种高硫炼焦煤为研究对象,采用X射线吸收近边结构光谱(XANES)对煤中硫元素赋存形态进行表征。结果表明,两种高硫炼焦煤中硫的赋存形态基本一致,噻吩环、巯基(-SH)、亚硫酰基(S=O)是两种煤样中硫元素的主要赋存形态,其中噻吩环类硫占60%以上。     

神木烟煤热解产物分布及主要元素的迁移规律

在石英管固定床反应器中对神木烟煤进行热解实验,研究了热解温度对煤热解产物分布和C, H, O, N, S元素在热解产物中分配的影响. 结果表明,在500?900℃范围内,随热解温度升高,半焦产率下降,气体产率增大,焦油产率先增大后降低,600℃时达最大值9.2%(ω);半焦中C, H, O和N元素迁入量下降,S元素迁入量先降低后略有增大,在700℃时达最小值67.0%;热解气中C, H, O元素迁入量增大,N元素和S元素迁入量先增大后减小,分别在800和600℃时达最大值28.8%和27.9%;焦油中C, H, O元素迁入量先增大后降低,均在600℃时分别达最大值9.3%, 14.0%和7.2%,N元素和S元素迁入量缓慢增加;热解水中H和O元素迁入量先增大后略有降低,在700℃时分别达最大值14.5%和48.5%.