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1、水熱改性對褐煤熱轉(zhuǎn)化過程中污染物釋放及遷移規(guī)律影響概述1緒論1.1.研究背景及意義能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，每一次能源品質(zhì)與技術(shù)的提高都標(biāo)志著人類社會的巨大進(jìn)步。隨著當(dāng)今社會對能源需求的不斷增大，能源問題已經(jīng)成為21世紀(jì)世界共同關(guān)心的話題，人們對全球環(huán)境保護(hù)以及新能源的發(fā)展日益重視，按照能源的產(chǎn)生，能源分為一次和二次能源。一次能源主要包括化石燃料、太陽能、生物能、風(fēng)能、核能、水能等等[2]。根據(jù)2013年BP世界能源統(tǒng)計年鑒[3]，在所有能源消費中煤炭、石油和天然氣占有絕對主要的地位。表1.1給出了世界一次
2、能源消費結(jié)構(gòu)。從表中可知，原煤消費在世界能源消費比重中逐年增加，原油則逐年遞減，天然氣比重自2009年后略有升高，水電、核電、再生能源得到穩(wěn)步發(fā)展。由我國的能源行業(yè)分析[4]，我國的能源消費仍主要以化石燃料為主，形成了以煤炭為主體、石油天然氣全面發(fā)展、新能源大力推廣、核電安全步進(jìn)的發(fā)展模式[5]。表1.2給出了我國一次能源消費結(jié)構(gòu)，從表中可知，原煤在我國能源消費比重中逐年降低，天然氣比重逐年升高，原油比重保持平衡，核電在2012年有了較明顯增長。從我國能源發(fā)展來看，煤炭在一次能源消費中的比重雖然會逐年降低，但其
3、主要地位仍將維持很長時間，故而如何高效清潔的利用煤炭資源仍然是未來我國能源的發(fā)展方向。褐煤是煤化程度較低的低品質(zhì)煤，它具有水份高、灰分高、碳?xì)浜康?、發(fā)熱量較低、孔隙結(jié)構(gòu)極為發(fā)達(dá)、易氧化等特點[6]，但其儲量豐富，可以為我國提供長期的煤炭供應(yīng)。我國褐煤資源中，已探明1291.32億噸，占總探明煤炭的12.69%;預(yù)測儲量1903.06億噸，占總儲備煤炭量的4.18%。我國褐煤主要分布在云南、新疆、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林等地[。目前全球褐煤的主要利用方式是就近坑口電廠的直接燃燒或者部分摻燒，這不僅使得褐煤利用效率低下
4、，污染物排放不達(dá)標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性差，同時對火電設(shè)備壽命帶來嚴(yán)重?fù)p害[8]。屆于褐煤在煤炭資源中的重要地位，以及優(yōu)質(zhì)褐煤資源的日益緊缺，褐煤如何高效大規(guī)模利用已經(jīng)成為一個急待解決的問題。.1.2水熱提質(zhì)脫水技術(shù)水熱提質(zhì)是非蒸發(fā)干燥技術(shù)。其原理是：在高溫高壓反應(yīng)荃內(nèi)，裝置結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，按照一定干煤水比例加入實驗褐煤和蒸飽水后進(jìn)行程序升溫加熱，利用高溫下蒸偕水的飽和蒸汽壓以液態(tài)形式排出揭煤中水份。揭煤的水熱提質(zhì)實際上是模擬揭煤自然成熟的過程，揭煤經(jīng)過水熱提質(zhì)之后，煤中碳含量升高，水份含量明顯降低，不易發(fā)生復(fù)吸現(xiàn)象，低
5、位發(fā)熱量升高，褐煤品質(zhì)得到提高，揭煤煤階提高[12]。水熱提質(zhì)進(jìn)行的過程中會對煤中分子結(jié)構(gòu)以及官能團(tuán)進(jìn)行破壞和重組，對煤的理化特性具有一定的影響。Favas等[14-16]對澳大利亞揭煤進(jìn)行水熱改性研究，發(fā)現(xiàn)改性后澳大利亞褐煤的含水量相比原煤降低了72%,褐煤品質(zhì)大幅度提高，其水煤漿成漿濃度達(dá)到60%以上，燃燒熱值大幅度增加；Favas還發(fā)現(xiàn)改性后褐煤孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，反應(yīng)溫度成為影響孔隙結(jié)構(gòu)變化的主要因素；水熱改性后剩余廢水中TOC(有機碳）隨著澳大利亞褐煤樣品煤階的降低而升高，同時在廢水中檢測到大量的Na元
6、素，說明煤中的械金屬也存在著隨水熱改性析出的過程。Mursito對高含水量的泥煤進(jìn)行了水熱改性的研究，發(fā)現(xiàn)水熱溫度越高，改性后泥煤的煤階升高越明顯，煤中固定碳含量大幅升高，熱值升高明顯；同時檢測到改性剩余液體廢水中TOC含量隨水熱反應(yīng)溫度的升高呈現(xiàn)大幅升高的趨勢，高溫時TOC濃度能達(dá)到低溫時的9-10倍；水熱過程檢測到CO、CO2、H2和少量CH4廢氣。.2實驗設(shè)備與方法2.1.引言本章主要對實驗所用儀器設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并對煤樣準(zhǔn)備過程做一個筒明的闡述，為接下來的分析實驗做鋪墊。2.2實驗裝置2.2.1褐煤
7、水熱改性設(shè)備本文水熱改性實驗在威海自控反應(yīng)簽有限公司生產(chǎn)的S實現(xiàn)自動連續(xù)檢測，實現(xiàn)樣品熱裂解-氣體成分檢測一體化，為煤粉快速熱裂解揮發(fā)份分析提供了便利條件。3水熱改性前后煤中氮、硫元素賦存形態(tài)的變化...........263.1實驗方法..........263.2水熱改性對褐煤性質(zhì)的影響..........263.3水熱改性前后煤中氮的變化..........273.4水熱改性前后煤中硫的變化..........323.5本章小結(jié)..........374改性煤快速熱裂解過程含氮、硫元素的大分子......
8、....394.1實驗方法..........394.2快速熱解過程中含N大分子揮發(fā)份產(chǎn)物的釋放..........394.3快速熱解過程中含S大分子揮發(fā)份產(chǎn)物的釋放..........634.4本章小結(jié)..........675改性煤熱轉(zhuǎn)化過程中氮、硫污染物釋放特性..........695.1實驗方法..........695.2水熱改性對煤熱解過程中含氮、硫污染物釋放規(guī)律....
