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[硕士论文] 杨暖暖
应用化学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:本文采用热解-质谱(Py-MS)、热解-色谱(Py-GC)及X-射线近边结构吸收谱(S K-edge XANES)对兖州煤、平朔煤(YZ、PS)在不同浓度CO2气氛(纯Ar、25%CO2-Ar、50%CO2-Ar、75%CO2-Ar、85%CO2-Ar、纯CO2)下热解过程中硫逸出与转化规律进行研究;同时利用Py-GC,S K-edge XANES考察了温度和气氛在热解过程中对硫迁移和转化的影响,并考察了3%O2-Ar气氛在热解过程中对硫逸出规律的影响,得到结论如下:
  (1)在不同浓度CO2气氛下热解时,脱硫率随着CO2浓度增加而升高,但半焦产率却降低。对于兖州煤,热解后硫主要分布在气相与半焦中,焦油中硫较少。随着CO2浓度的增加,转移入气相的硫增加,半焦、焦油中的硫减少;对于平朔煤,热解后大部分硫分布在焦油中,随着CO2浓度的增加,气相中的硫含量(尤其COS)增加,分布在其他两相中的硫减少。纯CO2能够明显降低H2S和COS的逸出温度,不同浓度CO2气氛(25%、50%、75%、85%)使含硫气体释放向高温移动,并且在较高温度下有利于稳定有机硫分解。通过对平朔煤及其在不同浓度CO2气氛下半焦的S K-edge XANES谱图分析可知:在不同浓度CO2气氛下热解时,半焦中的噻吩硫易发生富集,在约2473.2eV的噻吩硫吸收峰强度逐渐增强,这可能是煤中其他形态硫转化成噻吩硫。
  (2)在Ar和纯CO2气氛下,随着温度的升高,煤样的脱硫率逐渐增加,半焦产率逐渐降低,气相中的硫也逐渐增加。兖州煤在Ar气氛下热解时,硫逸出后主要分布在焦油中,且随着温度升高,焦油中的硫含量增加;在CO2气氛下,兖州原煤的焦油中硫含量的变化趋势与Ar气氛下相同,而兖州脱灰煤和脱黄铁矿煤焦油中硫的变化趋势与Ar气氛下相反,硫主要分布在气相中。对于平朔煤,在纯CO2气氛下低温热解时,硫主要分布于半焦中,但低于Ar气氛下。随着温度升高,焦中的硫减少,气相中的硫迅速增加,这说明CO2气氛有利于平朔煤中硫转移至气相。
  通过S K-edge XANES分析兖州煤及其不同热解温度半焦中各形态硫发现:两种气氛下,煤样在低温阶段主要是活泼有机硫化物和黄铁矿的分解。随着热解温度的升高,兖州原煤与脱灰煤在400℃以上2469.7eV处产生新的FeS吸收峰,Ar气氛下此吸收峰强度在700℃时达到最大,CO2气氛下在600℃达到最大,随后吸收峰强度降低。在Ar气氛下,兖州原煤中噻吩硫在400-600℃时明显降低,600℃后变化不明显。CO2气氛下,原煤中噻吩硫在400-600℃时增强,600℃略有降低。
  (3)在3%O2-Ar气氛下热解时,煤样的脱硫率最高,且气相中含硫气体以SO2为主。平朔原煤半焦的S K-edge XANES谱图中位于2481.6eV处硫酸盐硫的吸收峰强度明显增强,这是由于在3%O2-Ar气氛下热解生成了大量的SO2,而煤样中的碱性矿物质能吸收SO2形成稳定的硫酸盐硫,残存在半焦中。
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