【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,煤炭消耗急劇增加,導(dǎo)致高品質(zhì)煤儲(chǔ)量逐漸減少,生物質(zhì)作為一種可再生資源對緩解能源緊缺有著積極的作用。諸多煤和生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)中,熱解是具有共性的基礎(chǔ)且重要的過程,熱解半焦的結(jié)構(gòu)特征是其反應(yīng)性的決定因素。熱解條件影響揮發(fā)分的產(chǎn)物分布和煤焦的物化性質(zhì),進(jìn)而影響焦的反應(yīng)活性。其中,升溫速率和熱解壓力分別影響熱解過程中脫揮發(fā)分過程和揮發(fā)分逸出過程,改變半焦的物化結(jié)構(gòu)及其反應(yīng)性,影響氣化爐的運(yùn)行,而煤氣化高溫高壓的發(fā)展現(xiàn)狀促使對煤的快速熱解和加壓熱解進(jìn)行深入研究。因此,研究升溫速率和熱解壓力對煤焦和生物質(zhì)焦結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性的影響對煤和生物質(zhì)的共利用至關(guān)重要。本研究課題以煤(褐煤、煙煤)和生物質(zhì)(玉米秸稈)為原料,利用兩段式固定床反應(yīng)器分別在不同升溫速率和熱解壓力下制備焦樣,通過焦樣的比表面積、表面形貌、碳微晶結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)及其等溫氧化反應(yīng)性的表征,對比分析熱解壓力和升溫速率對焦樣物化結(jié)構(gòu)及其反應(yīng)性的影響,并進(jìn)一步探討熱解壓力和升溫速率對煤和生物質(zhì)熱解過程中揮發(fā)分二次反應(yīng)的影響,主要結(jié)論歸納如下:(1)升溫速率的提高,褐煤、煙煤和生物質(zhì)的焦產(chǎn)率均降低,焦樣的比表面積和缺陷結(jié)構(gòu)增加,同時(shí)焦樣的石墨化程度降低,這些焦樣結(jié)構(gòu)上的改變使得高升溫速率熱解所得褐煤焦、煙煤焦和生物質(zhì)焦反應(yīng)性增加。生物質(zhì)焦表面粗糙程度和碳微晶結(jié)構(gòu)隨升溫速率變化的幅度較褐煤焦和煙煤焦更為明顯,且升溫速率的改變對生物質(zhì)焦反應(yīng)性的影響更大,主要是因?yàn)樯镔|(zhì)本身的氧含量、H/C原子比以及堿金屬及堿土金屬含量(尤其是K)較褐煤和煙煤的高。(2)慢速熱解過程中隨著壓力的升高,褐煤、煙煤和生物質(zhì)的焦產(chǎn)率略微提高;褐煤焦和生物質(zhì)焦的比表面積隨著壓力的增高而降低,煙煤焦的比表面積呈無規(guī)律變化;熱解壓力的提高使得煤焦和生物質(zhì)焦表面結(jié)構(gòu)更加致密,平整度增加,缺陷結(jié)構(gòu)減少;隨著壓力的提高,焦樣的碳微晶結(jié)構(gòu)更為規(guī)整,芳香度增大,化學(xué)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定,石墨化程度升高,這主要是因?yàn)檩^高的熱解壓力增大揮發(fā)分的擴(kuò)散阻力,使得熱解過程中揮發(fā)分的二次反應(yīng)更為劇烈,最終使得煤焦和生物質(zhì)焦的反應(yīng)性隨壓力的增加而降低。(3)熱解壓力通過影響快速熱解過程中的揮發(fā)分的釋放影響煤焦和生物質(zhì)焦的孔隙結(jié)構(gòu)、表面形貌和碳微晶結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響焦樣的氧化反應(yīng)性。高升溫速率下隨著壓力的升高,褐煤、煙煤和生物質(zhì)的焦產(chǎn)率增大,且生物質(zhì)增大的趨勢最為明顯;褐煤焦和生物質(zhì)焦的比表面積呈現(xiàn)降低趨勢,而煙煤焦反而呈現(xiàn)增大的趨勢;煤焦和生物質(zhì)焦的表面更加致密緊湊,顆粒分布較為均勻,表面更為平整,缺陷結(jié)構(gòu)減少;熱解壓力升高使得焦樣的碳微晶結(jié)構(gòu)較常壓下更為規(guī)整,芳香度增大,石墨化程度升高;高壓下煤焦和生物質(zhì)焦的氧化反應(yīng)性均低于常壓下。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ520.1;TK6
【圖文】：

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文脫氣階段：室溫 300oC。在 120oC 前除煤中內(nèi)在水和外O2和 N2等氣體，在 200oC 300oC 間分子結(jié)構(gòu)主要發(fā)生（煙煤），生成 CO2。和分解階段：300 600oC，是煤的活潑熱分解階段，該階氣和焦油，也是焦油釋放量最大階段。煙煤在此過程中不存在膠質(zhì)體形成階段，僅發(fā)生激烈的熱分解，析出大量。反應(yīng)階段：600 1000oC，以分子間縮聚反應(yīng)為主。隨著氣體產(chǎn)物以 H2為主，含有少量的 CH4等。隨溫度升高大，強(qiáng)度提高，體積縮小，同時(shí)有裂紋的形成，表明該

圖 1-2 生物質(zhì)分級(jí)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程[20]g. 1-2 Staged degasification concept within the thermochemical biorefi源如褐煤和生物質(zhì)所含揮發(fā)分含量較高，因此揮發(fā)分的揮發(fā)分的二次反應(yīng)是初次生成的揮發(fā)物在高溫下的再次因而又被稱為縮聚反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)揮發(fā)分的二次反應(yīng)可和半焦的物化結(jié)構(gòu)等[21,22]。傳統(tǒng)認(rèn)為快速升溫或降溫可時(shí)間，從而減少二次反應(yīng)發(fā)生，大部分學(xué)者認(rèn)為這樣可以煤和熱源之間溫度梯度較大，反而會(huì)推動(dòng)揮發(fā)分發(fā)生二熱解反應(yīng)器中發(fā)生二次反應(yīng)從而縮聚結(jié)焦，可以延緩焦此，可認(rèn)為煤和生物質(zhì)的熱解實(shí)質(zhì)就是揮發(fā)分二次反應(yīng)的物質(zhì)焦結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性的研究現(xiàn)狀

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文和升溫速率對煤焦和生物質(zhì)焦結(jié)構(gòu)及其反應(yīng)性的影響，可為煤和生物質(zhì)的論指導(dǎo)，為生物質(zhì)代替部分化石燃料提供科學(xué)根據(jù)，為加壓氣化爐反應(yīng)器提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。于上述背景，本文擬將采用加壓固定床反應(yīng)器，在不同熱解壓力和升溫速種類的煤焦（褐煤焦和煙煤焦）以及玉米秸稈焦樣。采用熱重分析儀研究解壓力對煤和生物質(zhì)熱解過程的影響。使用場發(fā)射掃描電鏡和靜態(tài)氮吸附表面形貌和孔結(jié)構(gòu)的表征；使用 XRD 對樣品進(jìn)行碳微晶結(jié)構(gòu)的表征；使譜儀對樣品進(jìn)行碳骨架化學(xué)結(jié)構(gòu)的表征；采用熱重分析儀對焦樣進(jìn)行等溫。將焦樣的氧化反應(yīng)性與其物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對比分析熱解率對焦樣物化結(jié)構(gòu)及其氧化反應(yīng)性的影響，并進(jìn)一步分析熱解壓力和升溫物質(zhì)熱解過程中揮發(fā)分二次反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)研究的方案路線簡圖見圖 1-

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅凱;陳漢平;王賢華;楊海平;張世紅;;生物質(zhì)焦及其特性[J];可再生能源;2007年01期

2 彭軍霞;趙增立;李海濱;王小玲;;生物質(zhì)焦制備條件對甲苯裂解特性的影響[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2010年06期

3 尹建軍;段鈺鋒;王運(yùn)軍;王卉;冒詠秋;韋紅旗;;生物質(zhì)焦的表征及其吸附煙氣中汞的研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

4 張全國,沈勝強(qiáng),吳創(chuàng)之,李剛,趙祥雄;生物質(zhì)焦油防水膏試驗(yàn)研究[J];太陽能學(xué)報(bào);2004年01期

5 王素蘭;張全國;李繼紅;;生物質(zhì)焦油及其餾分的成分分析[J];太陽能學(xué)報(bào);2006年07期

6 陳雷;張曉東;趙保峰;伊?xí)月?孟光范;孫立;;生物質(zhì)焦油�；镎羝卣麑�(shí)驗(yàn)研究[J];山東科學(xué);2009年05期

7 彭軍霞;趙增立;潘守聚;李海濱;;生物質(zhì)焦催化裂解萘和苯酚的實(shí)驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2010年05期

8 胡正文;張建良;左海濱;李凈;劉征建;楊天鈞;;煉鐵用生物質(zhì)焦的制備及其性能[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年09期

9 林曉芬;張軍;盛昌棟;;壓汞法計(jì)算生物質(zhì)焦樣的分形維數(shù)[J];內(nèi)江科技;2008年03期

10 嚴(yán)帆帆;朱予東;徐培培;劉志強(qiáng);;摻混生物質(zhì)焦和煤焦共氣化的熱重分析[J];能源技術(shù);2009年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前7條

1 楊玉瓊;梁杰;宣俊;;生物質(zhì)焦油處理方法的國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[A];中國化工學(xué)會(huì)2011年年會(huì)暨第四屆全國石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術(shù)論壇論文集[C];2011年

2 趙宇;徐磊;王君;董益名;成力;;水泥窯焚燒生物質(zhì)資源過程中產(chǎn)生焦油的研究——?dú)庀嗌V質(zhì)譜法在生物質(zhì)焦油研究中的應(yīng)用[A];中國水泥協(xié)會(huì)環(huán)保和資源綜合利用專業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)會(huì)議文集[C];2011年

3 陸方;陳yN;段佳;羅永浩;;生物質(zhì)焦油凈化方法研究進(jìn)展[A];2007中國科協(xié)年會(huì)2.3分會(huì)《生物質(zhì)能技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用》研討會(huì)論文集[C];2007年

4 陸方;陳yN;段佳;羅永浩;;生物質(zhì)焦油凈化方法研究進(jìn)展[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會(huì)論文集（一）[C];2007年

5 許桂英;孫國剛;汪洋;程輝;;生物質(zhì)焦的水蒸氣氣化研究[A];全國農(nóng)村清潔能源與低碳技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王磊;吳創(chuàng)之;趙增立;;熱解焦對生物質(zhì)焦油催化裂解的影響[A];2004年中國生物質(zhì)能技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2004年

7 胡正文;張建良;左海濱;蘇步新;李凈;;生物質(zhì)能輔助煉鐵狀況及前景[A];2012年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集（下）[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 本報(bào)記者 周錚;中國生物質(zhì)焦農(nóng)業(yè)與環(huán)境應(yīng)用科研協(xié)作網(wǎng)成立[N];農(nóng)民日報(bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 陳治華;生物質(zhì)焦油水蒸汽催化重整及熱力學(xué)平衡研究[D];華中科技大學(xué);2016年

2 趙晨希;生物質(zhì)焦油加壓催化改性試驗(yàn)及機(jī)理研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

3 張全國;生物質(zhì)焦油燃燒動(dòng)力學(xué)及其燃料特性實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉爽;生物質(zhì)焦油催化重整制氫研究[D];大連理工大學(xué);2015年

2 張杜;生物質(zhì)焦油的超臨界萃取和分離純化的模擬研究[D];武漢科技大學(xué);2015年

3 范朋慧;生物質(zhì)焦低溫氧化及其動(dòng)力學(xué)特性[D];東南大學(xué);2015年

4 孫佳偉;稻殼/木屑焦水蒸氣高溫氣化反應(yīng)特性[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

5 馮燁;生物質(zhì)焦富氮化及脫除二氧化硫的實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

6 賀鵬;熱解溫度對生物質(zhì)焦油裂解率影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 李繼紅;生物質(zhì)焦油及其餾分的熱動(dòng)力學(xué)研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

8 劉升;移動(dòng)床干餾制氣副產(chǎn)物—生物質(zhì)焦油制燃料油的研究[D];遼寧科技大學(xué);2008年

9 張寰;秸稈類生物質(zhì)焦油熱解動(dòng)力學(xué)及碳纖維制備實(shí)驗(yàn)研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

10 孫海權(quán);生物質(zhì)焦油催化轉(zhuǎn)化試驗(yàn)研究[D];山東理工大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2792957