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新疆准东煤田预测煤炭储量居全国第一,准东煤高水分、低灰熔点、低燃点、较高燃烬率、低开采成本等特点决定它是优良的动力用煤。准东煤热解反应及气体产物析出特性的研究对充分发挥其储量优势,提高利用效率,实现高效清洁利用有着重要作用。 本论文基于煤炭中碱金属与碱土金属元素可能会引起利用过程中设备的沾污、积灰,但对气化过程又表现出一定催化作用的研究现状,针对准东煤高碱金属与碱土金属含量的特点,采用实验与模拟计算相结合的方式,研究了不同添加方式与不同添加量的碱金属与碱土金属添加剂,在不同加热条件下对准东煤热解及气体产物析出的影响,明确反应特性与影响规律。 采用热重-红外连用设备,研究了不同添加方式下,碱金属与碱土金属添加剂(碳酸钠、氧化钙及二者混合物)在2wt%、5wt%和10wt%三种添加量下,对准东煤程序升温热解特性及气体产物析出的影响。分析结果表明:在机械混合的情况下,碳酸钠的加入会减少CH4产量,促进CO释放,增大挥发分释放特性指数和煤样的最大失重量;氧化钙可增大准东煤热解过程中的失重量,增大CO的产量;同时加入碳酸钠和氧化钙,可使准东煤热解过程中失重速率峰值出现的温度降低,促进CO2与CO的释放,5wt%添加量下样品剩余质量百分含量最小,Na2CO3与CaO两种添加剂对准东煤热解气相产物的析出表现出一定的协同促进作用。在实验条件下的热解反应中,准东煤酸洗脱灰前后放热量基本不变,浸渍碳酸钠可使热解放热量减小。 利用固定床实验台,将添加剂以机械混合的方式加入准东煤中制成实验样品,进行等温热解实验,通过对CO、CH4、CO2和H2四种气体产物产量的检测与动力学计算,分析添加剂对准东煤等温热解特性及气体产物析出的影响。结果表明:添加剂的加入,降低了准东煤热解活化能,Na2CO3与CaO除各自催化作用外,表现出一定的协同催化作用,750℃热解时对H2析出的促进作用最强。 基于吉布斯最小自由能理论,对准东煤热解过程化学反应平衡进行计算,结果表明:准东煤热解气相产物中,CO2与CH4摩尔产量在500-700℃范围内随温度升高而减小,700-850℃产量稳定不变;CO与H2产量随热解温度的升高而增加,至750℃后趋于平稳。准东煤自身含有的以及添加的钠元素在热解终温800℃时以Na(g)形式存在;碳酸钠、氧化钙及二者混合物对热解H2的产生均有促进作用。