煤/生物质共热解时冠醚对S、As和Pb脱除率的影响及机理

本论文选用硫、砷、铅含量都比较高的霍州团柏煤与锯末作为实验原料，使用真空管式炉反应器考察煤与锯末共热解过程中添加超分子化合物18-冠-6及二苯并-18-冠-6对硫及微量元素砷和铅脱除率的影响，并结合逐级化学提取法对微量元素在原料中的赋存形态及其在共热解过程中的变迁行为进行分析，利用红外光谱分析和扫描电镜能谱分析等方法初步探究了添加冠醚对共热解过程中硫及微量元素砷、铅变迁影响的机理。主要结论如下：1.冠醚在煤与锯末共热解过程对硫脱除率的影响（1）在煤与锯末共热解过程中，随着锯末比例的增加，总硫的脱除率呈现先增大后减小的趋势。锯末比例小于50%时，在煤与锯末共热解过程中添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6有利于总硫的脱除；锯末比例大于50%时则会抑制总硫的脱除。（2）在煤与锯末共热解过程中，随温度的增加总硫的脱除率先减小后增大。添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6后总硫、硫化铁硫及有机硫的脱除趋势与没有添加冠醚热解时的脱除趋势大致相同，并且添加冠醚共热解会提高总硫的脱除率。（3）在煤与锯末共热解过程中，随着停留时间的延长总硫及有机硫的脱除率均有所增加；而硫化铁硫的脱除率随时间的延长没有明显变化。停留时间小于15分钟时，添加18-冠-6会促进总硫及有机硫的脱除，抑制硫化铁硫的脱除，而添加二苯并-18-冠-6时会使总硫、硫化铁硫以及有机硫的脱除率降低。2.冠醚在煤与锯末共热解过程对砷脱除率的影响在煤与锯末共热解过程中，随着锯末比例的增加，砷的脱除率呈先增大后减小的趋势。在煤与锯末共热解过程中添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6可以提高砷的脱除率，并且添加二苯并-18-冠-6比添加18-冠-6共热解时砷的脱除率高。在煤与锯末共热解过程中，热解温度低于500℃时，砷的脱除率没有明显的变化；热解温度高于500℃时，砷的脱除率显著增加。在相同温度下，添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6共热解时会使砷的脱除率提高。３.冠醚在煤与锯末共热解过程中对铅脱除率的影响在煤与锯末共热解过程中，随着锯末比例的增加，铅的脱除率先增大后减小。添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6后，当原料中锯末的比例越大时，铅的脱除率越高。煤与锯末共热解过程中，随着热解温度的升高铅的脱除率也呈现先增大后减小的趋势。在低温热解条件（<550℃）下共热解过程中添加18-冠-6有利于铅的脱除；而在实验考察的温度范围内（350℃~750℃）添加二苯并-18-冠-6都有利于铅的脱除。４.煤与锯末共热解过程中冠醚对硫、砷、铅变迁行为影响的机理初探通过对比热重分析与固定床热解实验结果可知，在煤与锯末共热解过程中添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6会促进煤与锯末之间的相互作用。另外，通过红外分析、TPD实验和扫描电镜分析以及对比煤与锯末共热解过程中添加EDTA/EDTA-2Na与添加18-冠-6或二苯并-18-冠-6的实验结果，初步推断出可能是由于冠醚的特殊空腔结构导致了冠醚在煤与锯末共热解过程对硫、砷、铅变迁行为产生了较为明显的影响。