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本论文采用XPS、AP-TPR-MS和化学法相结合的方法考察了温度和气氛在热解所得半焦过程中对硫变迁的影响,利用PY-MS考察了气氛和矿物质在热解过程中对硫逸出规律的影响,并在流化床反应体系中考察了不同氧气浓度下硫的脱除情况,得到的主要结论如下:
(1)通过XPS和化学法分析可知六枝和遵义煤表面的氧含量较体相的高,而硫却是体相中的高。气氛对两种煤中硫的不均匀性分布以及硫向表面迁移的影响相同:在氮气气氛下随着温度升高,硫在煤焦表面的含量升高,且煤中的硫趋向于均匀性分布,但是逸出在表面的硫形态没有明显的规律。在氢气气氛下,硫在煤焦表面的含量在600℃以前随着温度的升高而降低,在700℃时,又迅速增大,而硫的均匀性分布先降低后升高。六枝煤中的硫在氮气气氛下热解时随着升温速率的升高而趋向于均匀分布,且硫向表面迁移也增加。而ZY煤的变化规律与之相反,但是在氢气气氛下,遵义煤中的硫随着升温速率的升高更趋向于均匀分布。
(2)通过AP-TPR-MS实验结果可知在氮气气氛下500℃热解时,只能使两种煤中部分不稳定有机硫分解,而黄铁矿却不能分解,在700℃时可以使不稳定有机硫和黄铁矿硫全部分解。合成气在500℃时就能使两种煤中的不稳定有机硫和黄铁矿硫全部分解,且随着温度的升高,合成气表现出与氢气相近的反应活性。1.0%O2-N2对于六枝煤并没有明显的脱硫效果,与氮气气氛相差不大,而对于分解遵义煤中稳定的有机硫表现出很强的反应性,不仅能使稳定的有机硫发生分解而脱除,还能将更稳定的有机硫断裂成为次稳定的有机硫。
(3)煤中的矿物质影响着含硫气体的逸出,且在高温时影响更明显。煤中的硫在惰性气氛下400℃以后热解分解出的含硫自由基既可与煤中的内在氢结合,也可与煤的内在氧结合,从而H2S和SO2的逸出趋势相似。在氧化性气氛下,黄铁矿的分解温度很低,很容易脱除,且煤中有机质不受影响;煤中的不稳定有机硫也很容易脱除;但稳定的有机硫很难脱除,在脱除部分稳定有机硫的同时,煤中有机质也能与氧发生反应。
(4)兖州煤在3.0%O2-N2气氛600℃时热解脱硫条件最佳,在此条件下黄铁矿几乎可全部脱除(只与温度有关),有机硫也可脱60%,而半焦收率没有明显降低。随着氧气浓度升高,脱硫率虽可升高,但半焦收率降得更快,说明了氧气在断裂稳定有机硫C-S键的同时,也能与煤中有机质C-C键反应。吴家坪煤由于煤的反应性和硫的稳定性,在5.6%O2-N2气氛下600℃时热解时的脱硫效果最好,在此条件下大部分硫以SO2的形式逸出在气相中,这对硫的回收非常有利。H2S、COS、SO2逸出规律相似,随着温度的升高,逸出速率加快,在很短的时间内就能达到最大值,随后迅速下降。逸出在气相中的SO2的量在5.6%O2-N2气氛下最大,而在8.7%O2-N2气氛下,煤中大部分的硫又转移在焦油中。说明了当氧气浓度过高时,氧在断裂C-S键的同时,也能将煤中的C-C键断裂,从而大部分硫转移在焦油中。