固定床煤熱解有機(jī)氣體析出規(guī)律的GCMS分析_圖文

1、第卷第期年月弘砣尉拍數(shù)求固定床煤熱解有機(jī)氣體析出規(guī)律的分析王清成；羅永浩（上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，上海；上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海）摘要：為了研究層燃爐塊煤熱解時(shí)有機(jī)氣體的析出規(guī)律，在自行設(shè)計(jì)的可移動(dòng)式一周定床上對(duì)神木煤進(jìn)行了熱解實(shí)驗(yàn)，煤顆粒尺寸為；熱解氣在爐膛內(nèi)的停留時(shí)為，熱解溫度分別為）、）和）；采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（）測(cè)試分析了熱解氣中有機(jī)氣體的析出規(guī)律；離線測(cè)試熱解氣體試樣。研究結(jié)果顯示：隨著熱解溫度的升高，熱解氣中飽和脂肪烴含量降低，其中一甲基戊烷和，三甲基烷降低幅度分別為和；芳香烴含量升高，其中甲苯濃度增加了倍。隨著熱鰓溫度的升高，熱解氣組分中，碳含量增大，氫含量減?。粺峤鈿?/p>

2、中的部分飽和脂肪烴經(jīng)歷濃縮、環(huán)化和析氫過(guò)程形成芳香烴。關(guān)鍵詞：煤；熱解；有機(jī)氣體；中圖分類號(hào)：；“文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文章編號(hào)：（）枷，（，；，）：，：；煤熱解排放的有機(jī)氣體和碳黑對(duì)環(huán)境污染和人類健康的影響越來(lái)越受到廣泛關(guān)注；有機(jī)氣體包括脂肪烴和芳香烴成分，聚合會(huì)形成碳黑；碳黑包括很多種痕量元素（如砷、硒、鉛、鉻），與人類的急性和慢性疾病有很大關(guān)系，甚至有致癌作用【。以磯為代表的學(xué)者對(duì)煤粉熱解形成碳黑的規(guī)律進(jìn)行了研究；其組分和形成過(guò)程十分復(fù)雜，目前很難對(duì)其進(jìn)行全面描述；煤揮發(fā)分中包含分子量較大的有機(jī)成分，熱解時(shí)首先形成多環(huán)芳香烴，進(jìn)一步脫氫形成碳黑；熱解氣的有機(jī)成分對(duì)碳黑的形成有很大影響。我國(guó)是以燃煤

3、為主的國(guó)家，共有多萬(wàn)臺(tái)工業(yè)鍋爐，并且以層燃方式為主；爐膛內(nèi)局部缺氧情況時(shí)有發(fā)生，會(huì)經(jīng)歷揮發(fā)分熱解反應(yīng)過(guò)程。在層燃爐中煤熱解時(shí)有機(jī)氣體排放規(guī)律的研究卻鮮有報(bào)道；研究層燃爐中煤熱解有機(jī)氣體排放的規(guī)律，對(duì)于降低污染物排放、提高燃燒效率有重要意義。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（）以其在樣品成分分離及分析方面的優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多的學(xué)者接受并采用。本文在固定床上對(duì)塊煤進(jìn)行熱解研究，熱解氣中的有機(jī)成分通過(guò)氣相色譜質(zhì)譜儀分析，研究溫度對(duì)熱解氣析出規(guī)律的影響，為全面分析碳黑生成機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。收稿日期：；修回一基金項(xiàng)目：層燃爐煤燃燒生成與排放控制方法的研究（？）作者簡(jiǎn)介：王清成（一），男，講師，博士，主要從事熱解、燃燒機(jī)

4、理、污染物排放規(guī)律和光譜儀器分析的研究，（電話）（電子信箱）?！霸屛酒蓴?shù)求第卷實(shí)驗(yàn)及測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)介紹實(shí)驗(yàn)所用的煤為廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐的神木煤，其工業(yè)分析和元素分析如表所示。為了研究塊煤在層燃爐中熱解、有機(jī)氣體析出和碳黑的生成規(guī)律，作者設(shè)計(jì)了可移動(dòng)式一固定床塊煤熱解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（圖）。小型固定床中的全部燃料相當(dāng)于鏈條爐排上的局部單元體燃料，可看作厚度方向的一維系統(tǒng)，水平方向截面上的各參數(shù)是均勻的。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置分為電加熱反應(yīng)系統(tǒng)，可升降給煤系統(tǒng)和有機(jī)氣體及碳黑收集系統(tǒng)三大部分。電加熱反應(yīng)區(qū)是實(shí)驗(yàn)裝置的核心部位，中間是內(nèi)徑和長(zhǎng)度分別為和的圓柱狀石英管；石英管外部垂直布置碳硅棒，溫度變化范圍為搴溫到。；石

5、英管下部連接進(jìn)氣裝置，上部連接有機(jī)氣體和碳黑收集系統(tǒng)。固定床是直徑和厚度分別為和且邊緣處有凸臺(tái)的圓盤狀耐火材料，在固定床底面上布滿直徑為的圓孑，氬氣從，中通過(guò)；固定床連接在可升降的裝置上，升降裝置與爐體底部連接，密封較好。從石英管爐中流出的熱解氣體，進(jìn)入內(nèi)徑為的不銹鋼管中，不銹鋼管設(shè)置水冷裝置；控制合適的冷卻水量，使得濾膜處的氣體溫度“；在鋼管的法蘭連接處設(shè)置玻璃纖維（）或聚碳酸脂濾膜（孔徑）收集碳黑氣溶膠；在不銹鋼管尾部設(shè)置氣體取樣裝置、真空泵和控制壓力的閥門。在正式實(shí)驗(yàn)之前，進(jìn)行固定床溫度預(yù)備實(shí)驗(yàn)，根據(jù)預(yù)備實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，結(jié)合不同位置的溫度偏差，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度；結(jié)合碳黑的形核溫度和層燃爐的爐膛溫

6、度，本實(shí)驗(yàn)設(shè)定的爐膛溫度分別為，和，因?yàn)閷尤紶t的實(shí)際燃燒溫度在之間；氣體停留時(shí)間為。表煤的元素分析和工業(yè)分析圖塊煤熱解實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)方法把煤篩分成外形尺寸為的顆粒；進(jìn)行每一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求將爐溫升高到預(yù)定溫度；在固定床（爐外）上放置煤，煤層厚度為；把固定床通過(guò)爐底升降裝置送入爐內(nèi)預(yù)定位置；連接升降裝置與爐子底座，完成密封；之后，氬氣通人爐內(nèi)，使用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)流量；煤的揮發(fā)分析出，在爐膛內(nèi)熱解；同時(shí)，真空泵打開(kāi)，調(diào)節(jié)閥門，維持爐內(nèi)微正壓，隨后采用注射器進(jìn)行熱解氣取樣，并采用測(cè)試分析有機(jī)氣體成分和含量；約后，反應(yīng)完畢。取濾膜并刮下碳黑氣溶膠，進(jìn)行分離、測(cè)試和分析。測(cè)試方法及聯(lián)用條件從熱

7、解氣取樣裝置收集到的氣體通過(guò)離線測(cè)試；本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜質(zhì)譜分析儀的型號(hào)為。色譜條件：色譜柱為毛細(xì)管柱，。；進(jìn)樣口溫度為。（；起始溫度為；升溫速率為；終止溫度；保留時(shí)間為；分流比：；進(jìn)樣量山；載氣為高純氦氣（）；流速為。質(zhì)譜條件：電離方式是離子源；電離能量：；一一一一第期王清成，等固定床煤熱解有機(jī)氣體析出規(guī)律的分析離子源溫度：。；四極桿溫度：（）；傳輸線溫度：；倍增管電壓：；掃描質(zhì)量范圍：。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論圖是氣體成分的（）圖。在三種熱解溫度下的樣品，在保留時(shí)間分別為時(shí)，有十幾個(gè)峰出現(xiàn)；經(jīng)聯(lián)用儀表準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)檢索，鑒定出十幾種化合物；在熱解溫度為時(shí)的樣品在保留時(shí)間為時(shí)出現(xiàn)個(gè)小峰。經(jīng)面積歸

8、一化法確定了這些化合物的相對(duì)百分含量；相關(guān)的化合物和相對(duì)濃度如表所示。圖隨著溫度變化排卅氣體的離子總毓圖表隨著溫度變化排出氣體的相對(duì)濃度表哆？）鼉（）、。硼（吵如倫?ài)碾梓韰f(xié)“罱。舢鋤，（珥），一，一，一，塒，一（）山，一，一，一一，【，一，（）一一一一！絲：竺?。海。后帽ぃ∷埽。?！竺！坐二?。后?！鯊蘭一蘭竺蘭竺坐塑坐坐?。阂恢饕M分包括一甲基戊烷、，一二氯乙烷、一甲二氯乙烷是主要成分。此外，在溫度為時(shí)，熱解基戊烷、苯、環(huán)己胺、，一三甲基丁烷、，一基的前期階段，氣體中還有一些小分子物質(zhì)，這是從煤的（正）己烷、一甲基（正）己烷、庚烷和甲苯。其中，萃、甲揮發(fā)分或者聚合物的部分裂解出來(lái)的。隨著熱解溫度

9、苯、，一二甲基（正）己烷、一甲基（正）己烷、庚烷和，的升高，一甲基戊烷和，一三甲基丁烷等飽和脂肪摹百加如加加擻，坨”懶。，囈阽扛強(qiáng)暑冼尉鉑數(shù)求第卷烴含量降低，降低幅度分別為和；苯和甲苯等芳香烴含量增加，尤其是甲苯濃度增加了倍。在溫度較高時(shí)，有乙烯、乙炔等小分子析出。時(shí)，中碳的比例最大，時(shí)次之，但兩者比較接近，在時(shí)，中碳的比例最??；表現(xiàn)為在和時(shí)，有更多的芳香烴析出；原因是高溫聚合、環(huán)化后，揮發(fā)分中有很少的脂肪結(jié)構(gòu)，芳香結(jié)構(gòu)的鏈中最薄弱的部分?jǐn)嗔眩莩鰵怏w，形成高含碳量的氣體成分。高溫有利于有機(jī)氣體的聚合、析氫反應(yīng)，形成含碳量高的有機(jī)化合物。部分飽和脂肪烴經(jīng)歷了濃縮和環(huán)化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成芳香烴。在層燃爐

10、煤燃燒時(shí)，合理組織燃燒，減小（尤其是高溫區(qū)域）煤熱解幾率，控制有機(jī)氣體的吸出，減少大氣污染物的形成。結(jié)論在自行設(shè)計(jì)的可移動(dòng)式一固定床上進(jìn)行了塊煤熱解實(shí)驗(yàn)，研究層燃爐中煤熱解的有機(jī)氣體排放規(guī)律；采用對(duì)熱解氣中有機(jī)氣體進(jìn)行了分析測(cè)試；爐膛溫度為，和；熱解氣在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間為。通過(guò)測(cè)試分析得出以下結(jié)論：隨著爐膛溫度的升高，熱解氣中飽和脂肪烴含量降低，其中一甲基戊烷和，一三甲基丁烷降低幅度分別為和；芳香烴含量升高，其中甲苯濃度增加了倍。在爐膛溫度較高時(shí)，熱解氣體組分中碳的含量較高，氫含量較低。隨爐膛溫度的升高，熱解氣中的部分飽和脂肪烴轉(zhuǎn)化為芳香烴?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【】，：【】伍德俠魏慶農(nóng)，劉文清，等年夏

11、季北京大氣中碳黑氣溶膠的觀測(cè)研究【】大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào)，（）：一，（）：（）【】周懷春，江波，盧晶，等多波長(zhǎng)光譜法檢測(cè)乙烯火焰中溫度和碳黑生成【】華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），（）：，柵（），（）：（）【】杜長(zhǎng)明，嚴(yán)建華，李曉東，等利用滑動(dòng)弧放電脫除煙氣中多環(huán)芳烴和碳黑顆?！尽恐袊?guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，（）：，（）：（）【】劉娟，伏晴艷，李錦菊，等美國(guó)環(huán)境有毒空氣污染物控制技術(shù)簡(jiǎn)析【】環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，（）：，們，（）：（）【】王筠，湯潔，孫佰仲，等保護(hù)環(huán)境降低污染實(shí)施綠色技術(shù)應(yīng)用一煤無(wú)煙燃燒鍋爐消除碳黑技術(shù)叨自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，（）：，肛：】，（）：一（）【】，：】胡永華，李疏芬一氫七氟丙烷在不同溫度下的

12、熱分解叨光譜學(xué)與光譜分析，（）：，【】，（）：（）【】陳軍，姚成，夏黎明，等貓爪草中的脂肪酸及有機(jī)酸的分析【】光譜學(xué)與光譜分析，（）：，陰，（）：（） 固定床煤熱解有機(jī)氣體析出規(guī)律的GC-MS分析作者：王清成， 羅永浩， WANG Qing-cheng， LUO Yong-hao作者單位：王清成,WANG Qing-cheng(上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,上海,200235， 羅永浩,LUO Yong-hao(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海,200240刊名：環(huán)境科學(xué)與技術(shù) 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期：2009，32(11被引用

13、次數(shù)：0次參考文獻(xiàn)(9條1. He Bai-lei. Song Qiang. Chen Chang-he Investigations on mechanism of soot formation duringcombustion and control of soot emission 20032. 伍德俠. 魏慶農(nóng). 劉文清 2005年夏季北京大氣中碳黑氣溶膠的觀測(cè)研究期刊論文-大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào)2006(033. 周懷春. 江波. 盧晶 多波長(zhǎng)光譜法檢測(cè)乙烯火焰中溫度和碳黑生成期刊論文-華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2007(124. 杜長(zhǎng)明. 嚴(yán)建華. 李曉東 利用滑動(dòng)弧放電脫除煙氣中多

14、環(huán)芳烴和碳黑顆粒期刊論文-中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2006(015. 劉娟. 伏晴艷. 李錦菊 美國(guó)環(huán)境有毒空氣污染物控制技術(shù)簡(jiǎn)析 2008(6A6. 王筠. 湯潔. 孫佰仲 保護(hù)環(huán)境降低污染實(shí)施綠色技術(shù)應(yīng)用-煤無(wú)煙燃燒鍋爐消除碳黑技術(shù)期刊論文-自然災(zāi)害學(xué)報(bào) 2006(047. Fletcher T H. Ma J L. Rigby J R Soot in coal combustion systems 19978. 胡永華. 李疏芬 2-氫七氟丙烷在不同溫度下的熱分解期刊論文-光譜學(xué)與光譜分析 2007(129. 陳軍. 姚成. 夏黎明 貓爪草中的脂肪酸及有機(jī)酸的GC-MS分析期刊論文-光譜學(xué)與光譜

15、分析 2006(08相似文獻(xiàn)(10條1.期刊論文 王崢. 范浩杰. 龔希武. 黃浩. 胡國(guó)新. WANG Zheng. FAN Hao-jie. GONG Xi-wu. HUANG Hao. HU Guo-xin 旋轉(zhuǎn)錐式熱解爐內(nèi)煤顆?；旌蠠峤獾膶?shí)驗(yàn)研究 -動(dòng)力工程2007,27(2設(shè)計(jì)出一種旋轉(zhuǎn)錐式煤熱解爐,對(duì)爐內(nèi)煤顆粒熱解過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,測(cè)定了煤顆粒平均粒徑、熱解溫度、旋轉(zhuǎn)錐旋轉(zhuǎn)速率及煤熱解失重的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著煤顆粒平均粒徑的增加、熱解溫度的降低和旋轉(zhuǎn)錐旋轉(zhuǎn)速率的減小,熱解失重呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì);此外,在煤顆粒中加入載熱體,可促進(jìn)煤顆粒熱交換過(guò)程的傳熱效果,而且隨著載熱體混合

16、量的增加使煤熱解失重呈現(xiàn)增加趨勢(shì).研究結(jié)果有助于深入理解煤熱解機(jī)理,為新型旋轉(zhuǎn)錐式熱解爐的深入研究和推廣應(yīng)用提供參考.2.期刊論文 劉全潤(rùn). 胡浩權(quán). LIU Quan-run. HU Hao-quan 大同煤熱解和加氫熱解過(guò)程中產(chǎn)物生成規(guī)律的研究 -河南化工2009,26(12在壓力2 MPa,溫度350650 范圍內(nèi),對(duì)比研究了大同煤分別在氮?dú)夂蜌錃鈿夥障聼峤膺^(guò)程中產(chǎn)物的分布和氣體生成規(guī)律.研究表明,煤的熱解和加氫熱解轉(zhuǎn)化率和水產(chǎn)率都隨溫度上升而增加;在熱解條件下,焦油產(chǎn)率在500 出現(xiàn)最大值.氫氣對(duì)煤熱解轉(zhuǎn)化只有超過(guò)一定溫度才具有促進(jìn)作用,此時(shí)與熱解相比具有較高的CO、CH4和C+2產(chǎn)率

17、以及較低的CO2產(chǎn)率.3.學(xué)位論文 劉全潤(rùn) 煤的熱解轉(zhuǎn)化和脫硫研究 2005燃煤排放的SO2是引起大氣污染的重要原因，因此煤中硫的脫除是潔凈煤研究的重要課題。該論文以提高煤熱解脫硫率和焦油產(chǎn)率為目標(biāo)，主要研究了熱解和加氫熱解過(guò)程中硫的變遷規(guī)律和礦物質(zhì)對(duì)熱解脫硫的影響，歸納了影響煤熱解脫硫效率的幾個(gè)主要問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，探討了三種新的熱解脫硫過(guò)程。研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果：1.以神府煤和霍林格勒煤為例，在熱重分析儀上考察了煤中礦物質(zhì)以及三種外加礦物質(zhì)Al2O3、CaO和K2CO3對(duì)煤熱解反應(yīng)性和動(dòng)力學(xué)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：煤的內(nèi)在礦物質(zhì)對(duì)煤的熱解轉(zhuǎn)化影響不大；對(duì)于高灰煤，由于煤中礦物質(zhì)本身的熱分解，原煤的熱解轉(zhuǎn)化率比脫灰煤略高。所研究的三種外加礦物質(zhì)對(duì)煤熱解轉(zhuǎn)化有催化作用，催化特性與礦物質(zhì)種類和煤本身性質(zhì)有關(guān)。外加礦物質(zhì)可改變煤熱解的特征溫度并降低煤熱解的活化能。2.在加壓固定床上研究了礦物質(zhì)對(duì)義馬煤熱解和加氫熱解產(chǎn)物分布規(guī)律以及不同形態(tài)硫轉(zhuǎn)化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在氮?dú)鈿夥障聼峤猓褐械牡V物質(zhì)對(duì)煤本身的大分子碳骨架裂解沒(méi)有影響，不能改變煤的熱解轉(zhuǎn)化率，但可催化初級(jí)揮發(fā)分為氣態(tài)