添加剂对高硫煤热解过程硫迁移的作用研究
使用红外光谱法和热重法分析硫化橡胶的成分

第49卷第1期上㊀海㊀塑㊀料SHANGHAIPLASTICS㊀Vol.49No.1㊀2021㊀作者简介:孙衍林(1992 )ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ从事高分子材料的结构与性能研究以及车用非金属材料的应用开发ꎮDOI:10.16777/j.cnki.issn.1009 ̄5993.2021.01.008使用红外光谱法和热重法分析硫化橡胶的成分孙衍林(万向清能智动车公司ꎬ杭州311215)摘㊀要:使用红外光谱法鉴定牌号为N402和C606两种硫化橡胶的主成分ꎬ并通过比较溶剂抽提前后和裂解前后的红外光谱和热重分析结果ꎬ得到了其中添加剂的信息ꎮ比较了裂解液透射分析法㊁裂解液衰减全反射(ATR)法和衰减全反射(ATR)直接法得到的红外光谱ꎬ结果表明:裂解液透射分析法和裂解液ATR法可以得到相似的红外谱图ꎻ裂解液透射分析法和裂解液ATR法得到光谱质量要高于ATR直接法ꎮ关键词:红外光谱法ꎻ热重法ꎻ硫化胶ꎻ成分分析中图分类号:TQ330.3㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009 ̄5993(2021)01 ̄0055 ̄04AnalyzingtheCompositionofVulcanizedRubberUsingFTIRandTGASUNYanlin(WanxiangCleaningIntelligentVehicleCo.ꎬLtd.ꎬHangzhou311215ꎬChina)Abstract:ThemaincomponentsoftwovulcanizedrubbersꎬN402andC606ꎬwereidentifiedbyFTIRꎬandtheinforma ̄tionofadditiveswasobtainedbycomparingtheresultsofFTIRspectrumandTGAcurvesofbeforeandaftersolventab ̄stractionandpyrolysis.ComparedFTIRofpyrolysistransmissionanalysisꎬpyrolysisATRmethodandATRdirectmeth ̄odꎬtheresultsshowthatthespectrumsgotbyapplyingthepyrolysisliquidtoATRaccessoryissimilartobyapplyingtoKBrwindowsꎬandthespectrumgotbypyrolysismethodsarebetterthangotbyATRdirectmethod.Keywords:FTIRꎻTGAꎻvulcanizedrubberꎻcompositionanalysis0㊀前言㊀㊀在硫化橡胶中ꎬ除橡胶主成分外ꎬ还有很多添加剂(有机添加剂和无机填料)ꎬ因此分析硫化橡胶的成分需要将橡胶主成分㊁有机添加剂㊁无机填料进行一定程度的分离ꎮ硫化橡胶中的有机添加剂大部分溶于溶剂ꎬ因此可以通过溶剂抽提将其分离出ꎮ通过高温裂解的方式可以将硫化橡胶的主成分和无机填料分离ꎮ按照GB/T7764 2017«橡胶鉴定红外光谱法»鉴定牌号为N402和C606两种橡胶主成分ꎬ可通过比较溶剂抽提前后和裂解前后的红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)结果ꎬ分析出添加剂的种类及对应的质量ꎮ同时对裂解液透射分析法㊁裂解液衰减全反射(ATR)法和衰减全反射(ATR)直接法得到的FTIR分析结果进行比较ꎮ1㊀实验部分1.1㊀实验仪器傅立叶变换红外光谱仪ꎬTensor27型ꎬ德国布鲁克公司ꎻ热重分析仪ꎬSDTA851e型ꎬ瑞士梅特勒-托利多公司ꎮ1.2㊀实验样品硫化橡胶ꎬ供应商提供ꎬ牌号分别为N402和C606ꎮ1.3㊀实验方法1.3.1㊀FTIR分析ATR直接法:取具有光滑表面的样片直接用ATR附件进行测试ꎬ分辨率为4cm-1ꎬ扫描次数为32次ꎮ裂解法:参考GB/T7764 2001ꎬ将1~2g干净胶料剪成约1mm3的碎块ꎬ用丙酮抽提16h后去掉大部分配合剂ꎬ在80ħ真空干燥箱中烘干1h后ꎬ放入裂解管后于酒精灯上裂解ꎬ取裂解液均匀涂在KBr窗片上进行吸收FTIR分析(裂解液透射分析法)或将裂解液涂在ATR附件上进行ATRFTIR分析(裂解液ATR法)ꎮ1.3.2㊀TGA参考GB/T14837 2014«橡胶和橡胶制品热重分析法测定硫化胶和未硫化胶的成分»ꎬ取约10mg剪成碎屑的样品ꎬ在氮气气氛下(30mL/min)匀速升温至600ħ后ꎬ切换为氧气气氛(30mL/min)再升温至1000ħ(20K/min)ꎮ2㊀结果与讨论2.1㊀样品N402的试验结果分析2.1.1㊀胶种鉴定按照裂解液透射分析法测定的FTIR谱图见图1ꎮ通过与丁腈橡胶的标准谱图比对ꎬ可以确认样品N402为丁腈橡胶ꎮ其中2234cm-1处的吸收峰是腈基的特征峰ꎬ1627cm-1和1590cm-1处的吸收峰分别对应脂族和芳族的 CHCH 结构ꎬ970cm-1处的吸收峰对应反式 CHCH 结构ꎬ911cm-1处的吸收峰对应 CHCH2结构ꎮ图1㊀样品N402的FTIR谱图2.1.2㊀样品中可被溶剂抽提的有机添加剂大多数有机添加剂可被有机溶剂抽提ꎬ通过比较抽提前后的FTIR谱图和TGA曲线结果ꎬ可以得到有机添加剂的信息ꎮ㊀㊀图2为ATR直接法分析抽提前后样品FTIR比较ꎬ图3为裂解法分析抽提前后样品FTIR比较ꎬ图4和图5分别是抽提前后样品TGA曲线ꎬ图6为抽提前后样品TGA曲线比较ꎮ可以看到抽提后FTIR中ꎬ在1720cm-1㊁1250cm-1㊁1120cm-1㊁1050cm-1㊁720cm-1处的吸收峰消失ꎬ对应的结构是OC O C 和 (CH2)n (n>4)ꎬ表明被抽提的添加剂为某种聚酯ꎻ通过比较抽提前后的TGA曲线ꎬ可以发现温度为350ħ前失重的有机添加剂质量分数为20%~25%ꎮ图2㊀ATR直接法测定样品N402其溶剂抽提前后的FTIR谱图对比图3㊀裂解法测定样品N402其溶剂抽提前后的FTIR谱图对比图4㊀样品N402抽提前的TGA曲线图5㊀样品N402抽提后的TGA曲线65 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀上㊀海㊀塑㊀料㊀㊀㊀㊀2021年第49卷㊀图6㊀样品N402抽提前后的TGA曲线对比2.1.3㊀样品中的无机填料裂解液中只含有机成分ꎬ而无机填料会留在管底ꎬ因此通过对比裂解前后的FTIR谱图可以得到无机填料的某些信息ꎮ图7和图8分别是裂解前后样品的FTIR谱图对比ꎮ最明显的区别在955cm-1的吸收峰ꎬ对应Si O键的伸缩振动ꎬ表明无机填料中可能含有石棉[1]ꎮ同时也可以看到ꎬ裂解液ATR法得到的谱图基线更平ꎬ易于与标准谱图对比ꎬ质量要高于ATR直接法得到的谱图ꎮ图7㊀抽提前样品N402裂解前后的FTIR谱图对比图8㊀抽提后样品N402裂解前后的FTIR谱图对比2.1.4㊀裂解液透射分析法和裂解液ATR法分别将样品裂解液直接涂在ATR附件上以及涂在KBr窗片上测得的FTIR谱图对比见图9ꎬ可以看出裂解液透射分析法和裂解液ATR法得到相似的谱图ꎮ图9㊀裂解液透射分析法和裂解液ATR法FTIR谱图对比2.2㊀样品C606的试验结果分析2.2.1㊀胶种鉴定按照裂解液透射分析法测定的FTIR谱图见图10ꎬ通过970cm-1㊁911cm-1㊁822cm-1㊁755cm-1处的吸收峰可认定为氯丁橡胶的特征峰ꎮ图10㊀样品C606的FTIR谱图2.2.2㊀样品中可被溶剂抽提的有机添加剂对样品C606做了与第2.1节中相似的试验ꎬ结果见图11至图15ꎬ通过比较抽提前后的TGA曲线可以看到ꎬ样品中有机添加剂的含量较少(质量分数约为3%)ꎻFTIR谱图的区别也不明显ꎬ抽提后在1510cm-1㊁1315cm-1㊁1210cm-1处的吸收峰消失ꎮ图11㊀ATR直接法测定样品C606其溶剂抽提前后的FTIR谱图对比75 第1期㊀孙衍林:使用红外光谱法和热重法分析硫化橡胶的成分㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图12㊀裂解液ATR法测定样品C606其溶剂抽提前后的FTIR谱图对比图13㊀样品C606抽提前的TGA曲线图14㊀样品C606抽提后的TGA曲线图15㊀样品C606抽提前后的TGA曲线对比2.2.3㊀样品中的无机填料对比裂解前后的FTIR谱图(见图16和图17)ꎬ最明显的区别在1000~1100cm-1处ꎬ对应Si O键的吸收ꎬ表明无机填料中可能含有白炭黑㊁滑石粉等含有Si O基团的成分[2]ꎮ裂解液ATR法得到的谱图质量高于ATR直接法得到的谱图ꎮ图16㊀抽提前样品C606裂解前后的FTIR谱图对比图17㊀抽提后样品C606裂解前后的FTIR谱图对比3㊀结语(1)将溶剂抽提后的硫化橡胶样品裂解ꎬ收集裂解液的FTIR谱图ꎬ可以有效地鉴定硫化橡胶的胶种ꎮ(2)通过比较溶剂抽提前后样品的FTIR谱图和TGA曲线的变化ꎬ可以得到硫化橡胶中有机添加剂的信息ꎮFTIR结果反映添加剂的成分ꎬTGA结果反映添加剂的质量分数ꎮ(3)通过比较裂解前后样品的FTIR谱图的变化ꎬ可以得到硫化橡胶中无机填料的部分信息ꎮ(4)裂解液透射分析法和裂解液ATR法得到的FTIR谱图质量高于ATR直接法ꎻ将裂解液直接涂在ATR附件与将裂解液涂在KBr窗片上可以得到相似的FTIR谱图ꎮ参考文献:[1]㊀王正熙ꎬ孙道桐ꎬ曹立群.塑料中无机填料的红外光谱鉴定[J].塑料工业ꎬ1987(1):53 ̄56.[2]㊀柳艳霞.橡胶用无机填料的红外光谱分析[J].橡胶科技ꎬ2015ꎬ13(4):46 ̄50.(收稿日期:2020 ̄07 ̄16)85 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀上㊀海㊀塑㊀料㊀㊀㊀㊀2021年第49卷㊀。
高硫煤热解脱硫技术研究现状

3 . 国家能源煤炭 高效利用与节能减排技术装备重点实验室 , 北京 1 0 0 0 1 3 )
摘
要: 归纳 了煤 中硫 赋存 形 态, 阐述 了热解 脱硫 研 究 的意义 ; 根 据 热解过程 脱硫 方 式 , 将 热解脱硫 分
为 不 同气氛下 热解脱硫 和添加 物 共热解 脱硫 。不 同 气氛 下热 解脱硫 方 面 , 分 析 了惰性 、 氧化 性 、 还 原 性 3种 气氛下 热解脱 硫 效果 , 结果 表 明 , 还 原性 气氛 下脱硫 效 果最佳 , 且 被脱 除 的硫 多以 H S形 态逸
第2 0 卷第 2 期
2 0 1 4年 3月
叠羔 薹麓 蠹
洁 净 煤 技 术
Cl e a n Co a l Te c h n o l o g y
V o 1 . 2 0 No . 2
Ma r c h 2 01 4
煤炭洁蠲 爵 燃烧
--_
l - _ ‘
口
热解 脱硫技 术研 究的 可能性 方向 。
关键 词 : 高硫 煤 ; 热解 ; 脱硫
中图分类号 : T Q 5 3 0 . 2 ; T D 8 4 9
文献 标 志码- 6 7 7 2 ( 2 0 1 4 ) 0 2 - 0 0 7 6 — 0 4
同
硫 煤 热 解 脱 硫 技 术 研 究 现 状
预硫化耐硫变换催化剂在煤化工生产中的应用

粗合成气 。从 气化 系统来的粗合成气进入变 换装 置,经完全变 换制取合成氨 变换气 。完全变换后 的粗合成 气经过低温 甲醇洗 净化和液氮洗 精制形成符合氨合成要求 的合成气 ,再经氨合成 装置得到液氨 产品,最后进入尿素装置得 到最终产品尿素 。 以煤 、渣 油等为原料制取 的合成氨 粗合成气 中均含有大量 的 CO( 1 2 %- - 4 9 %)一氧化碳不仅不是合成氨所 需的直接原料 , 而且对 氨合成催化剂有毒害作用 。因此 ,在粗合成气送往氨合 成装置之 前必须将一氧化碳清 除掉 。我公司气化装置采用 的是 GE GP水煤 浆激冷流程 ,为 了与其相配合 ,变换装置用 的是耐
温宽硫和宽水汽 比的钴钼系 C O耐硫变 换催化剂 。该催化 剂活
性稳定性及强度稳定性 高,采 用预硫化技术催化剂 中活性 组分 钴、钼 以硫化钴 、硫化钼 的形式存在 ,使用时 只需要用氮 气进 行 升 温 ,达 到 使 用 温 度 时 即 可 导 气 。预 硫 化 耐 硫 变 换 催 化 剂 不 含碱金属,不含对设 备和人 体有危害的物质 ,升温过程 只有少 量水生成随工艺气排 出,对 设备无危害 。 其技术特点为 : 1 、机 械强度和强度稳定性高 。2 、活性高 , 抗水合能力强 。3 、选择性和活性稳 定性好。4 、对 高空速 ,宽 水汽比的适应能力强 ,操作弹 性大 。 2 预硫化耐硫变换催化剂在 实际生 产中的应用 我厂在 2 0 1 5 年1 月对 第二变换炉的催化剂进行 了更换,此 次使用的催化剂为预硫化 耐硫 变换催化剂 。 2 . 1 升 温 本 次第 二 变 换 炉升 温 至 9 0 ℃用 时 l 2小 时,恒 温 3小时 。
变换 导气完成后 ,在正常运行过程 中,第二变换炉的床层 温 升集 中在 上部 ,整个 变换 炉温 升为 2 0 ℃ ,出 口 C O为 0 . 7 % 左右 ,出变换系统工 艺气中 C O在指标 范围内,可 以确认催化 剂 活 性 良好 。
氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律

氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律燃煤发电支撑了中国的经济发展,但同时也带来了严重的环境污染。
生物质能源的大规模利用无论对不可再生能源的保护、二氧化碳减排、还是污染物控制,都具有重要的意义。
生物质直燃发电是目前生物质利用的最主要形式,但在生物质锅炉运行过程中,由碱金属和氯元素带来的结渣腐蚀问题将会严重影响机组经济、安全、稳定的运行,而氯元素是导致这一问题的核心所在,因此有效的控制生物质中氯元素的释放成为解决生物质锅炉结渣腐蚀问题的关键。
烘焙作为一种有效的预处理手段,不仅可以解决含水量高、能量密度低等问题,还可以有效的降低生物质中氯含量,使得生物质成为一种可以在大型煤粉锅炉中与煤混燃的一种有效的燃料。
然而,在生物质燃烧和烘焙过程中关于氯释放的一些关键问题并未被解决:(1)生物质燃烧过程中HCl的释放情况,这是了解氯在燃烧过程中释放规律的关键问题;(2)生物质中氯在烘焙(有氧烘焙和惰性气体烘焙)过程中的释放规律,这是了解氯在烘焙热解过程中释放规律的关键问题。
因此本文以氯的释放为关键问题,以几种高氯含量的生物质为研究对象,逐步开展了以下的研究:(1)研究了生物质燃烧过程中氯、氮、硫等元素的释放规律;(2)烘焙预处理可以有效地降低烘焙生物质中氯含量,因此研究了氮气气氛下生物质烘焙过程中氯、氮、硫等元素的释放规律;(3)考虑烘焙的经济性,研究了生物质有氧烘焙过程中氯等元素的释放规律;(4)烘焙生物质氯含量降低,研究了烘焙生物质燃烧过程中氯等元素的释放规律;(5)研究了烘焙生物质与煤混燃过程中各污染物释放的规律。
通过以上的研究,为生物质烘焙过程中氯、氮、硫等元素的释放提供了一定的数据支持和理论基础。
本文首先以生物质层燃过程中HCl等污染物的释放规律为研究对象,采用生物质一维层燃炉堆积床,研究了一次风量、生物质含水量对燃烧过程中HCl释放的影响,发现燃烧过程中HCl和碱金属氯化物(主要是KCl)是氯最主要的释放形式,氧的存在为生物质燃烧过程提供了更多的活性粒子和活性位,对于氯向HCl的转换提供了载体,因而氧气的增多带来了更多的HCl析出。
高硫煤中形态硫的热解迁移特性

第 2期
煤 炭 转 化
COA L C0 N V ERS1 N 0
Vo _ 5 No 2 l3 .
Apr 2 2 . 01
21 0 2年 4月
高硫煤中形态 硫的热解迁移特性
么秋 香 D 杜 美利 王 水 利。 刘 静 杨 建利 上 海 涛
摘 要 对 西北地 区石 炭 纪高硫煤 进行 热解 实验 , 考察 了热 解温度 ( 0 2 0℃~10 0℃) 0 和热 解 停 留时 间(0mi ̄1 0mi) 2 n 0 n 对煤 中形 态硫 的迁移特 性 的影 响 , 通过 F I 分析 了热解 过程 中半 并 TR 焦的 结构 变化 情 况. 究表 明 , 研 高硫 煤 中全硫 随热 解 温度 的升 高先减 小后 增 大, 6 0℃ 时达 到 最 在 0 低 ; 酸盐硫 的含 量较低 , 硫 维持 在 0 ~0 5 之 间 ; 化铁 硫 随 着热 解 温度 的升 高逐 渐 减 小 ; . 硫 有机 硫 随 热解 温度 的升 高先 减 小后 增 大 , 5 0℃时达 到 最低. 机硫 脱 除率 高于有 机硫 脱 除率. 热 在 0 无 煤
3 5目条件 下 , 乎全 部 有 机 硫 得 以脱 除 . 入 了解 几 深 原煤 及其 热解 过程 中污染 物 和污染 前驱 物 的结 构变
1 实验 部 分
1 1 样 品制备 .
实验 所用 煤样 为 西北 地 区石 炭 纪 聚 煤 区 5 煤 和 1 煤 新鲜 煤样. 0 煤样 经逐级 粉碎 和缩 分后 , 磨 研
* 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目( 1 7 12 D 28 . 4 12 4 / 0 0 ) 1 士 生 ;)教 授 、 )博 2 博士 生 导 师 ;)教授 ; )博 士 生 、 师 ; )硕 士 生 , 安 科技 大 学化 学 与化 工 学 院 ,1 0 4西 安 3 4 讲 5 西 705 收 稿 日期 :0 11 —4修 回 日期 :0 20 —3 2 1—10 ; 2 1 —22
高含硫天然气有机硫的脱除技术研究

72在天然气的开发利用中,高含硫气田占有很大的比例。
近年来,随着油气开发技术的不断发展,针对高含硫气田所采用的脱硫技术也不断涌现,给天然气开发和利用提供了良好的条件。
本文针对目前的高含硫天然气有机硫的脱除技术进行了研究探讨,以更好地推动天然气处理技术满足环保和质量的要求。
1 固体脱硫法该方法是利用分子筛去除天然气中的有机硫,通过分子筛的吸附、收集以及再生实现脱硫目的,其工艺流程与天然气处理中的分子筛脱水流程相似。
原料气先进入到含有分子筛的有机硫吸收塔,经过自上而下的流经过程,天然气中的有机硫被分子筛内部的吸收剂吸附收集,净化后的天然气进入下游装置。
当分子筛吸附一定量的有机硫后需要进行再生,从而实现循环脱硫。
2 物理溶剂脱硫法该脱硫方法的原理是利用高含硫天然气中的各种组分在特定条件下的溶解度不同来进行有机硫的脱除。
目前采用的物理溶剂主要有多乙二醇甲醚、磷酸三丁酯、N-甲基吡咯烷酮等。
该方法的优势在于天然气的处理量大、具有再生性、可以通过减压过程蒸馏出较大部分的酸性气体、溶剂对设备的腐蚀性小、处理稳定性高、脱除效果好等,因而是目前行业内高含硫天然气中用于有机硫脱除中最为常见的一种工艺方法。
但是该方法对于物理溶剂的使用量较大,因此成本较高。
此外,在物理溶剂对有机硫溶解吸收的过程中经常会发生共吸现象,因而给后续脱硫产品的质量控制加大了难度。
3 物理-化学溶剂法该脱硫方法是利用物理溶剂和化学溶剂等多种溶剂的混合体系来去除天然气中的有机硫。
目前,在该类脱硫工艺中主要的代表为Sulfinol方法和Hybrisol方法。
Sulfinol方法中所采用的溶剂是环丁砜、甲基二乙醇胺(MDEA)和二异丙醇胺(DIPA)。
其中MDEA和DIPA可以去除天然气中的硫化氢等酸性气体,环丁砜可以去除天然气中的有机硫,因此脱硫效果较好。
在实际应用中,目前采用DIPA -环丁砜的处理工艺,如川西北气矿天然气净化厂、川西南天然气净化厂等。
煤气化过程中硫的转化机理及控制技术

1 煤中硫的转化在热解过程中,煤中硫的转化受到多种内在(如硫的形态、煤的有机结构、煤中的矿物质等)及外在因素(如温度、气氛、加热速率等)的影响。
1.1煤中无机硫的转化煤中的无机硫主要包括硫酸盐硫和黄铁矿硫。
因为硫酸盐硫在煤中的含量很低,而且硫酸盐硫属不可燃硫,不会造成燃煤污染,故研究很少。
纯黄铁矿的热分解受到一定的热力学限制,研究表明:在N2、H2或CO气氛下室温条件下黄铁矿不可能分解,只能在高温下发生分解;此外,黄铁矿的结晶状态、晶体结构的扭曲程度都会影响到自身的热分解温度[1]。
1.2煤中有机硫的转化煤中有机硫的存在远比无机硫形态复杂,其对热的稳定性差别也很大。
一般认为,脂肪族的硫醇(RSH)、硫醚(RSR′)在相对低的温度下析出,而芳香族的硫醇和硫醚在较高温度下析出,而芳构化的噻吩结构的有机硫则相当稳定,在950℃时的析出仍很低。
2 控硫技术世界各国开发、研究、使用的SO2控制技术己达189种。
这些技术概括起来可分为三类,即燃烧前脱硫、燃烧后烟气脱硫和燃烧中脱硫。
2.1燃烧前脱硫技术燃烧前脱硫主要是指原煤脱硫,即采用物理、化学或者生物的方法对锅炉使用的原煤进行清洗,去除原煤中所含的硫分、灰分等杂质,使煤得以净化。
(1)煤炭洗选技术 洗选煤是除去或减少原煤中所含的硫分、灰分等杂质的一种方法,燃用洗煤可提高热效率和可靠性,选煤技术分物理法、化学法和微生物法三种,目前我国广泛采用的是物理选煤方法。
物理选煤技术主要是利用清洁煤、灰分、黄铁矿的比重不同,以去除部分灰分和黄铁矿硫,但不能除去煤中的有机硫。
[2](2)型煤加工固硫技术 将不同的原料经筛分后按照一定的比例配煤,粉碎后同经过预处理的粘结剂和固硫剂混合,经机械设备挤压成型及干燥,即可得到工业固硫型煤。
将粉煤加工成型煤,比燃烧散煤减小SO2排放量40%~60%,还能提高锅炉出力10%~30%。
[3](3)水煤浆技术 水煤浆是在原煤洗选加工技术的基础上发展起来的一种清洁的新型燃料,具有燃烧稳定,污染排放少等优点,其外观像油,流动性好,能用泵输送。
用XPS研究新西兰高硫煤热解过程中氮、硫官能团的转变规律

用XPS研究新西兰高硫煤热解过程中氮、硫官能团的转变规律李梅;杨俊和;张启锋;常海洲;孙慧【摘要】选择一种高硫新西兰煤(NXL)作为研究对象,高纯Ar气氛中,以5℃/min 的升温速率在管式炉中热解,热解终温为300~1 000℃.用XPS研究煤及不同温度下半焦中氮、硫的赋存形态.将N1s谱图用Lorentzian-Gaussian拟合分为四个峰:N-6(398.8±0.4) eV、N-5 (400.2±0.3)eV、N-Q(401.4±0.3)eV和N-X(402.9±0.5)eV;S 2p谱图分为六个峰:硫铁矿(162.5±0.3)eV、硫化物(163.3±0.4)eV、噻吩(164.1±0.2)eV、亚砜(166.0±0.5)eV、砜(168.0±0.5)eV和硫酸盐硫(169.5±0.5)eV.结果表明,煤中氮元素的主要存在形式是吡啶、吡咯、质子化吡啶和氮氧化物;低于600℃,半焦中的氮元素主要以吡啶和吡咯形式存在;随温度的升高,吡咯向吡啶转化;当温度超过900℃,氮氧化物这一形态消失.该煤中的硫以有机硫为主,其中,噻吩硫占50%以上;随着热解温度的升高,煤中的硫铁矿硫逐步转化为无机硫化物,600℃时分解完全.【期刊名称】《燃料化学学报》【年(卷),期】2013(041)011【总页数】7页(P1287-1293)【关键词】XPS;高硫煤;热解;氮迁移;硫迁移【作者】李梅;杨俊和;张启锋;常海洲;孙慧【作者单位】上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093;北方民族大学化学与化学工程学院,宁夏银川750021;上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093;宝山钢铁股份有限公司,上海201900;上海理工大学理学院,上海200093;上海理工大学理学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TQ530煤中氮和硫的赋存形态是煤结构研究的重要内容,另外,煤炭加工转化(如煤的热解、直接加氢液化等)也需要确实、详尽的煤中氮、硫元素赋存形态的数据信息。
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2.3.1 添加剂与煤样混合方法 ......................................... 20 2.3.2 热解试验方法 ................................................. 21 2.4 全硫及形态硫测定方法 ........................................... 21
1.4.1 有机硫含量直接测定法研究 ..................................... 15 1.4.2 有机硫官能团直接测定法研究 ................................... 16 1.5 1.6 1.7 小结 ........................................................... 16 课题研究目标及主要内容 ......................................... 17 研究方案和技术路线 ............................................. 18
1.2.1 无机硫存在形态及转化 .......................................... 3 1.2.2 有机硫存在形态及转化 .......................................... 4 1.3 热解脱硫研究现状 ................................................ 5
I
煤炭科学研究总院硕士学位论文
Abstract
The proportion of high sulfur coking coal increases year by year with the low efficiency of the existing desulfurization process which has made it become an urgent problem to study high efficient desulfurization method in the use of coking coal today. Wile, it has been proved that desulfurization during pyrolysis was effective. This thesis studied the characteristics of desulfurization of coking coal during pyrolysis with some additives. At first, four typical coking coals had been selected to research the change regularity of different forms of sulfur removal rate, FTIR and XPS were used to study the existing forms of organic sulfur and the change regularity of different forms of organic sulfur removal rate during pyrolysis especially; Then, Qinneng coking coal was chosen to select additives and study the effects of adding ration of different additives and temperatures on desulfurization, and the thesis also analyzed the mechanism of the effect of some additives on the morphology of the sulfur removal rate; finally, the feasibility of pyrolytic desulfurization with compound additives was investigated. The results are as following: 1) Organic sulfur was the main existing forms of sulfur in high sulfur coking coal. Organic sulfur mainly existed as disulfides, aromatic sulfides, thiophene and a little sulfoxides. Aromatic and thiophene sulfide accounted for 50% of total sulfur and more; 2) Different sulfur compounds would decompose at different temperatures. Pyrite would decompose before 450℃, and it would reach the maximum amount of decomposition before 650℃. Disulfides and some aromatic sulfides would begin to decompose between 450~650℃, and disulfides disappeared after 850℃; 3) Some additives could promote the desulfurization rate, γ-Al2O3 worked best among all additives chosen, and the highest removal rate could be 34.22%, it was 11.16% more than that of single coking coal. γ-Al2O3、TiO2 and CeO2 , which improved the desulfurization rate, were mainly through promoting the decomposition of disulfides and some aromatic sulfides in the coal. 4) The desulfurization effect of compound additives was better than that of single additives, but the effect is not obvious, the highest removal rate with composite additives could be 38.76%, which was 4.54% more than that of single additives. There were mutual promotion among four additives, and γ-Al2O3 played a leading role. Keywords: Coking Coal; Pyrolytic Desulfurization; Additives;
1.3.1 不同气氛下热解脱硫研究现状 .................................... 6 1.3.2 配添加剂热解脱硫研究现状 ..................................... 11 1.4 煤焦中有机硫测定方法研究现状 ................................... 15
分类号: UDC:
学校代码: 密 级:
硕士学位论文
添加剂对高硫煤热解过程 硫迁移的作用研究
பைடு நூலகம்Study on the Effect of Additives on Sulfur Transfer during High—Sulfur Coal Pyrolysis
研 究 生: 导 师:
王之正 王利斌 裴贤丰 研究员 副研究员
II
煤炭科学研究总院硕士学位论文
目
录
第一章 绪论 ............................................................. 1 1.1 1.2 炼焦煤资源分布及硫含量 .......................................... 1 炼焦煤中硫存在形态及转化 ........................................ 2
第二章 原料煤分析及试验方法 ............................................ 19 2.1 试验煤样与试剂基本分析 ......................................... 19
2.1.1 煤样的制备及基本分析 ......................................... 19 2.1.2 添加剂的选取 ................................................. 19 2.2 2.3 试验设备 ....................................................... 20 试验方法 ....................................................... 20
学科专业: 研究方向:
化学工艺 煤炭热解
培养单位: 煤科总院北京煤化工分院
煤炭科学研究总院 2014 年 5 月
煤炭科学研究总院硕士学位论文
摘
要
高硫炼焦煤比例逐年增加和现有脱硫工艺的效率低下,使得研究高效脱硫方法成 为现阶段炼焦煤利用中亟需解决的难题,热解脱硫是一种行之有效的脱硫方法。本论 文以高硫炼焦煤为对象,进行了添加剂对煤样热解硫迁移影响的研究。首先选取四种 典型炼焦煤对煤中硫存在形态及各形态硫脱除率变化规律进行了系统研究,并利用傅 里叶红外光谱及 X 射线光电子能谱对煤中有机硫存在形态及其脱除率变化规律进行 了重点研究;接着以沁能煤为试验煤样,进行了单种添加剂筛选,并研究了添加量及 终温对全硫及形态硫热解脱除率变化规律的影响,初步分析了部分单种添加剂影响形 态硫脱除的作用机理;在此基础上,还探讨了不同作用效果的添加剂复合脱硫的可行 性。研究表明: 1) 有机硫是洗选后高硫炼焦煤中硫的主要存在形态;根据所含官能团不同,炼 焦煤中有机硫主要有二硫化物、芳香族硫化物、噻吩类硫化物及少量含硫氧 化物,其中芳香及噻吩类硫化物占全硫总量的 50%甚至更多; 2) 不同形态含硫化合物分解的温度区间不同; 黄铁矿硫在 450℃开始分解, 650℃ 可达脱除率极大值; 二硫化物及部分芳香族硫化物在 450~650℃温度段内发生 分解转化,其中二硫化物可在 850℃前分解完毕;热解过程中,存在其他形态 硫向含硫氧化物和稳定形态的芳香及噻吩类硫化物转化的现象; 3) 煤样配加部分单种添加剂后可得到较好的热解脱硫效果, 其中 γ-Al2O3 脱硫效 果较佳,脱除率最高可达 34.22%,较煤样单独热解时全硫脱除率增加 11.16 个百分点;γ-Al2O3、TiO2、CeO2 等 3 种添加剂可促进煤中二硫化物及部分芳 香族硫化物的分解; 4) 添加剂复合使用可提高全硫及形态硫脱除率, 但提高不明显; γ-Al2O3、 TiO2、 油酸钠、 乙二胺四乙酸添加量分别为 1%、 2%、 2%、 2%时, 全硫脱除率最高, 达 38.76%,较单种添加剂全硫最高脱除率仅增加 4.54 个百分点;添加剂复合 使用存在协同作用,γ-Al2O3 在复合添加剂中作用最为明显; 关键词:炼焦煤;热解脱硫;添加剂;