程序升温气化过程中氮的释放规律研究
第 30 第卷1 2期 200 9年 1 2
月工程 热 物 理 学 报J
U RON A O LF NEG IN E ERI N GT H E M RO PH Y S IC
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1 .3 0 ,N o.1 2D ee ,. 002 9
程升温气化序过中程氮的放释规研律究刘银
河张晓 燕 刘艳华车 得 福1
. 西安 交大通动力工程学相流国多家点重实室 ,验 西 陕西安7 ( 1 0049;
2.霍 尼尔韦合科技综 (中) 国限公有司, 上 海东浦 20 12 3 ;03 .
西安交通 大人学环境居与筑工程建学 院 ,陕 西西 安71004 )
摘9要 用采 U型管反 应统研系究不同煤了在程序升温条种下在件四种氛气反中应时嫩氮的料释规律放. 研发究现热 解时要的含主产物为氮 HcN 如,果煤含中有较多氧 的 即使,在性气惰氛也下释会出 放NO .没 检有到测 H N 的生3成, 证
实N
H 3 源于 来 H N 在焦表面C的次二反应.N 20 在有仅氧氛气中化气时生成, 说明 气是氧 N02生 成的必条要 ,件气化时 的总 定氮固T N P高热解时于 ,气且剂化中0 2 含越高则总量定氮 T固 F N越高 .关镇
词煤; 热解 气; 化! 姗氮 中图分料类号:T K 16文献 识标:码 At文编号 : 0253 2-31 x(2 0 90)2一1 2152一04
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前
言
移规律煤是烧污燃染排物的放重研要究题课. 在文 ] 献[ ∀中作者侧重对影燃煤响原气还生成特体的
因素进性了研行 ,究本文 重着煤在对序升程温热
解/ 化气过程中各氮含产物生成规律的进行分析究研#
在
中 , 通煤含常质有量数为 分 . 02% 到2 . 5% 的化 学
合结氮 ! ,2]# 煤燃 产生大烧量的氮化物氧污等染环 境# 煤在粉烧燃中 ,7 5 %!9 5 %的 o N 二放来排于源 中煤的燃料 ,氮在流 化床燃烧 , 几乎中所有的 O 二N
和N
O都Z 来源 于 中 煤的 氮 #NO是 酸 雨 的前 驱物, 并可
以与参光化学雾烟形成的 , NZO是 种具一强有烈温 效室应的气体. 料型燃 o N在整个二的 No 排二 放 占中绝对有的优 势, 此 , 因煤对烧氮氧燃化物行控进 制的键关是抑制就料型 燃 N 二 o生成 #的
1 实
验置装实验和法方L
l 燃的特性料数 研参究用选焦无烟煤作 ! 木烟神 煤三!褐斜 !铜 川煤贫煤, 粒径 小于 810 卜 m 煤样的#素元分析工业和
煤中氮的结构
式形不 同,分 解为行不,同 而同 不的分行解为燃对料型N O二 生成的不同有影的响 因.此 详,了细燃料解在煤氮热解与的化气程过的中
收稿迁期日: 20冬0一21:修订4日 期 2:00 一,l 一 9
0
分析数据见参献 文] [∀ 中 表1 1. . 2反应统和系验实程过热 /气解化验实在 是U 管固定型反应床系统上
荃项盘 :目 家 国然科自基金学助项资目( No. 5056077;1 N 5o6067706 )作者介简 :刘银 (19河 7一5) ,师讲 ,工 学士 博, 研方究向料燃气化与清嫌洁烧.
122
工 6 热 程 理 学 报物
30卷
进行的
,验系实见统文献 I]∀ , 处仅此简作介绍.要
序程升温率速为设 2 5 /mC ni 初,为温温 , 室终温 为 lo 0设 0 C, 达到终后保持温度温变不 给.装煤置 一次性煤加石至英固定棉 床, 给煤量为 01. 5 #9反应气氛 种四 高纯 : Z,N高纯 C O Z , 3 %的 02与 CO : 的合混气体, %6的 O : C 与O : 的混合气 体. 体产气物过经后滤入进 G a sem txD 一0 0烟 气 4析分仪在线监测其分和浓成 , 待不度再气体有产物析出时停 止验实
. 有NO 现 ,出温 度保在 10持 0 0o C随着时焦碳环中的
1
. 3物 质产率的计算方 煤法在气 过 程 化中各含 产物氮 产率的 夕 在是1 0
∃ 01 00 0 o C 的度温范围内氮含物产成生量占煤总 含中量氮质量分数.的 计算方参见法文献 [] ∀# 固总定 氮打F N # N是:o ! #H eN 和 N# o二 之和 .
断
N裂O 平稳释地 出放 来.HC N高于 在63 0o C开 释放出始 ,来且 释放线呈曲双峰现状形.对 比 1 和图图 可2以现 发, N: 氛中 气N O释的 放要主 在4 0 0 !08 0C 范围内 , 即与挥分的发放 释同步 行 ,进 CO :气中氛 NO 的释放存在则明显两个的温 度区段 400 ! :550C o及以8 8 ! 0100oC ,0 温区低段为 发分挥中含氮 基与含氧团团反应的基结 ,果高温 区段则是 焦进一步气化炭作的 , 含氮用环杂的裂 断为N 来源 ,的而 经了历较长间和较高时温脱挥发度 分煤的焦所的氧含
元素经极少 , 已成 N O形所 的需氧 能可来于气氛源,中 如 OC: 气化 焦时煤在煤表焦面 形成的表氧化物面 (C O.)
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2 实验果结与论讨
. 1 2氛气对物产种类释和起放温始的影响度 图由 1可见 , 神煤木在N : 中 热解时含产物氮 主为 要 HCN 和 N O . CHN 要主 57在0! 00o9C温度 窗 口成, 生而 N O主 要在低的 较 400 !57 0 Co 度温口 窗成生 ,峰在值4 8 0 oC 出 , 现更高在的 8 70 9 5!0 oC 度温 窗口有少量也N 释放O . C ; 主H在要 73 !0 ssooC的温 窗口度成生, 值在 60峰 0 OC 现出 . C O的浓度 在 6 00 ! 80 0O C范 内围在一存个值峰, 后稍随 下 有 降, 90 0 Co后 次回升 再 1,000 c o时达第二到峰值 , 温个度稳在定终温即后开始降. 神下木煤在样N :热 中时 ,解达 1 0 到0 以后能C测检到的产物仅有C O #
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2 神煤在 木C ZO中气化时 气体的物产放释F
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由图
3 可见 , 神木 煤在 3 %02 C O/ :气化中N O的释放现双峰呈, 到终达温时仍有N O释放 出. 在来 含 3%O : 的气 剂化 中化时气 ,除 N O 和H C N 种两 要产主外 ,物 还相当一部有分以 氮 ZN O在 . N存Z
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在65 0 oC时 开始出, 同现时 C H N浓度到达大值 并开最始小减 ,而 时此 NO 的 成生率始开降 低, 66 o 0 C时N ZO 产达率到大最, 同时 N O 产 则降率至段温 该度范围的最小内值, 随开后增大 始.
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印图 1 木神煤在N Z 热中时解气体产物的放
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由图2 可 见 神,木煤在纯C O :中气化 的氮产含 主要有 物HC N 和 N O. 在 CO Z中 化气时, C O的 浓 度升在温过 中程直一上呈升趋 势 达到终温后,
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最高现 值, 后随释放率速慢下缓降.C H4 要在主 37 !0 40OC 7温的度口生窗 成 ,值峰在490O C 出.现神 煤 木00 !4 505Co释 出 放N , 在O9 00oC左
右度/O温C
图
3 木神在煤3 % 2/0CO Z 气化时的气体中产释物放F
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2 1期
银河刘等程:升温序化气程过氮的中释放规研律究
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ZO 生 , 说 明 成 基H的 在存制抑 N了 OZ 的生或成能有效原 还N2 0 H#基 还
原NZO 的反应式 : N为 O +ZH oN Z+O H
成 , 但没.生有 成 N0 2 说明 ,O 的存在: 是N O 生成Z 的要必条件一之
由
图 4 以可看,出6% 0/C2O :条件 神下原木 气煤化所的含得产物主要氮有 N O! ZO N和 HC . 但
N到达终温1 0000 时 样煤已烧燃完全, 无气 体放.释闷
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2.
气2氛各对含氮物产产的影响 率图 5 可见 , 气化由程过 的氮中化物产率 比热氧解 高 ,时 气化随着气氛中氧含时的增加量 , 含各氮 产及其总物量均之增加随. 是这为在氧化因剂攻击 下 的 有更多的碳环,被打开, 碳将环中 的氮放释出来, 生 H成C N ! ON!N ZO 产等 物.
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图 4 木煤在 神% 602 / C Z O气中时化气体的物产放释Fi
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图
5 木煤神在气氛各中热解气/化时氮含产物产的
率F ig. 5 iY leds f noit o r g e eno tna i nnig P ord u t es d riu n
g综合图 1 !
4可 ,见 木神煤在各种氛下热气解/气 所化的主要含 N得 产是 物HC 和N N O ,而N OZ
在只3% 0 2 c / : o和 %6 0 /C2O : 两 种气氛 中化气时 检测 到, 所有验工况均没实检有测 N到 H3 的放释.有学者 陈 !研究5不了同升速率下含氮产温的 析 物规出 律,发现 热重中 进程行升温热序解有大时量N
H 生3 成, 速快热解则时主为 H 要CN , 而没 有 HN3 生成 , 由此们推他慢测热速时解 N 3H 主来要 H 自 NC在 孔煤隙发生的中次反应二, 而H C N N向H 3 转
刃r o ysils /ag s i iati fe n ooSfM i nd
ife er n ftt m o s hP eera s
2
. 煤种对3含氮各质产率物影响 由的 图 可见6, 除T C煤外以, 在 N:和 C O 气氛: 下NO二 和总固 定的氮产率随煤的升阶高降低而, 在 有氧 气下氛气化则时呈反相势趋 . 而NZo 和 HcN
则有表没现出显明的随阶煤化的规律变 , 们它生的
成
同 受时他产物 (如 C O 其 !CH ; )等! 各 氮产含 相物互化等转因的素响 .影从 图 6还 可以出 看, 解
化的热程取度于析出的决 C NH与煤 煤或焦接触的时间 本.究研中升温率速虽然较慢 , 热解保护气/气 化剂但过很穿的薄煤层将解/气化产热生的气体迅带
走速, H CN 煤与煤和的焦接 时触较短间, 因此 未 测到 检 NH3 的释放 , 也这侧面证实了从 NH: 源是 H来C N 在焦表面的二 反次应. NO 的形Z成理机 尚有未致的一看 法,W i t r e等 n人 陈 }7 为认N Z 只O能通 H过 C N相氧均反应化 生 成.G eol等 人 l] 认则 N Z为 O是异相应生成反 ,的
0 s 打2煤焦开含杂氮环形 成一 ) , (一( l) 可能 是一 CNlO 一或N C O,它可 一进步化氧为成N O与 或N O反应 生成N ZO.
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()3 程升温条序下件 ,气时生化的成固定氮 总(T F N )高于热时解 , 气且化中剂0 : 量越高含则总固 氮 定 T F( N 越)高.
参 考 文 献
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据可以 发现 这两,种煤氧元的素含量较均高,分 别1为7 . 8 ( % 1b) d 和n . 8% (3 b)d 另,外两煤的氧含种量 相对较少 ,此热因过程解中乎没有 几 N 生成O.
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论
煤样
程序升温 解时热主要 的含产氮物 为
本文研
主究结要论如:
下H NC 如,煤果 含有中多较氧 的 ,会生也 成 ON. 没 有测检到N H3 的生 ,成 实证 N 了H3 来源于 C N H在焦 面的二表次应.
Sy反m p,i u m (I nt rena tiona l o) nCo m bu iotn . iPs tsbu tr g:
T hhe oCm bu s ti n onIs t i吐t , e9 916 . 332 卜 333 4
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