煤中含鐵礦物在富氧燃燒氣氛下遷徙轉化的實驗研究.pdf

1、富氧燃燒作為一種具有應用潛力的CO2捕獲技術，近年來受到廣泛關注。與傳統的空氣燃燒相比，富氧燃燒氣氛下高濃度CO2和H2O的存在，勢必導致燃燒爐膛內的環境發生明顯變化，將對隨著煤燃燒而遷徙的無機礦物質轉化行為造成顯著的影響，研究富氧燃燒過程中的煤中礦物質的遷徙轉化行為對于更深層次的揭示爐內積灰、結渣、沾污等與無機組分轉化相關問題的復雜機理有著極為重要的科學意義。
　　論文首先采用同步熱分析和高溫固定床研究了煤中主要外在礦物在 O2

2、/CO2氣氛下的遷徙演化行為，分析了不同礦物質在燃燒過程中相互作用機制。研究表明，混合礦物的熱轉化行為并不是單個礦物轉化行為的簡單疊加，尤其對于方解石比例較高的混合礦物，在 O2/CO2氣氛下，高溫時礦物質之間的相互作用更加明顯，易于形成低溫共熔物鈣硅鋁酸鹽類物質。O2/CO2氣氛下煤灰的一些礦物元素易碳酸化而形成碳酸鹽，對于CaO含量近30％的神府煤灰，O2/CO2氣氛會明顯抑制其高溫灰的熔融行為。
　　隨后論文以黃鐵礦為研究對

3、象，綜合運用熱化學、礦物學、熱力學等多種分析方法，研究了純黃鐵礦在CO2氣氛下的轉化機理，并考慮了H2O對黃鐵礦在CO2以及O2/CO2中遷徙演化的影響，提出了含H2O富氧條件下黃鐵礦的轉化路徑。研究發現，在CO2氣氛下，黃鐵礦首先分解形成磁黃鐵礦（FeSx,1≤x<2），然后繼續脫硫形成富鐵FeSx，當溫度高于700℃，富鐵FeSx氧化成Fe3O4，同時若反應停留時間增加，Fe3O4進一步轉化形成Fe2O3，而當溫度高于950℃，大量

4、的Fe3O4將與富鐵FeSx反應形成低溫共熔鐵硫氧體 FeO-FeS；H2O的添加促進了黃鐵礦的熱解產物 FeSx進一步轉化形成鐵氧化物以及硫的釋放，H2O改善了黃鐵礦的燃燒反應，增加 H2O的含量可以明顯的改善黃鐵礦起始轉化行為。
　　在此基礎上，論文通過詳細分析煤中黃鐵礦轉化后的氣態產物和固態殘灰特性，探討了黃鐵礦在兩種典型煤粉中的熱轉化行為，同時考慮了升溫速率和反應時間對煤中黃鐵礦轉化行為的影響。研究發現，煤中黃鐵礦在CO2

5、熱解轉化過程，是煤與黃鐵礦共同熱解的復雜過程，隨著煤種的不同而有差異。少量（10%）黃鐵礦的加入有利于低灰低階神府煤的氣化過程，黃鐵礦與煤混合物中的黃鐵礦的熱解溫度比單獨黃鐵礦的低；升溫速率的增加延遲了混合物在CO2中的共氣化溫度；H2S和SO2是黃鐵礦與煤混合物在CO2中熱解氣化的主要含硫氣體產物。煤中黃鐵礦首先在約600℃大量熱解形成FeSx，同時部分 FeSx繼續轉化形成鐵氧化物，溫度升高，FeSx向鐵氧化物轉化加強，停留時間增加

6、有利于Fe2O3形成或者煤中（西陽村煤）含鋁礦物與黃鐵礦轉化中間產物反應形成鐵鋁尖晶石。
　　最后，通過沉降爐實驗，利用XRF、XRD、M?ssbauer以及粒徑分布等方法對燃燒殘灰特性進行分析，研究了幾種典型煤中礦物質在富氧燃燒條件下的轉化規律，得到了O2濃度和H2O添加對煤中含鐵礦物遷徙演化的影響規律。研究表明，燃燒氣氛的改變不會影響殘灰中主要結晶礦物的形成，但卻可以明顯影響殘灰中含鐵相的相對含量。對于準東烏東煤，O2/CO2