發(fā)布時(shí)間：2020-07-15 23:48

【摘要】：生物質(zhì)與煤共熱解是一項(xiàng)極具開發(fā)潛力的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外仍屬較新領(lǐng)域，其核心是共熱解中協(xié)同反應(yīng)效應(yīng)的相關(guān)問題。本論文研究在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件下，全面分析了六種形式的生物質(zhì)與煤共熱解過程，考察其中的協(xié)同反應(yīng)效應(yīng)，利用分布活化能法（DAEM）研究生物質(zhì)與煤的共熱解動(dòng)力學(xué)特性，得出共熱解動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)與煤高效協(xié)同共熱解反應(yīng)尋找更為有效的途徑。主要內(nèi)容和研究成果歸納如下： 1.生物質(zhì)與煤慢速共熱解行為研究 采用TG-FTIR聯(lián)用的分析方法對(duì)生物質(zhì)與煤?jiǎn)为?dú)熱解及共熱解過程進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)與煤共熱解的實(shí)際熱失重過程較理論計(jì)算值程度有所加深，褐煤與生物質(zhì)的共熱解效果最好；共熱解協(xié)同作用主要體現(xiàn)在較高溫段生物質(zhì)對(duì)煤的催化作用。根據(jù)TG-FTIR的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)，生物質(zhì)中的Fe、Ca、Mg、Si等微量元素的氧化物，在共熱解過程中破壞煤膠質(zhì)體的形成，使得煤炭熱解初期的產(chǎn)物氣體得以逸出，從而增加共熱解過程氣體產(chǎn)率，降低液體產(chǎn)率；自制的鎳鐵白云石基雙金屬催化劑進(jìn)一步促進(jìn)了共熱解反應(yīng)發(fā)生的深度，提高了共熱解過程中碳的轉(zhuǎn)化率和原料利用率。 2.生物質(zhì)與煤快速共熱解行為研究 在小型固定床反應(yīng)器上，對(duì)生物質(zhì)與煤快速共熱解過程進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)：溫度對(duì)生物質(zhì)與煤快速共熱解反應(yīng)影響比較明顯，溫度越高，產(chǎn)氣率和H2含量越大，固體得率越低，氣體和固體得率及氣體組分理論值與實(shí)際值的偏差，說明快速共熱解過程中存在協(xié)同反應(yīng)；生物質(zhì)與煤快速共熱解產(chǎn)氣量隨生物質(zhì)在原料中摻混比例的增加而增加；生物質(zhì)與煤快速共熱解反應(yīng)有利于產(chǎn)生富氫熱解氣，尤其是木屑與煙煤在B:C=2:8(Wt/Wt)的條件下生成的熱解氣中H2所占比例達(dá)42.53%，CO產(chǎn)率隨著生物質(zhì)在原料中所占比例的增加而降低，CO2實(shí)際產(chǎn)率低于理論計(jì)算值，CH_4產(chǎn)率隨著煤化程度和生物質(zhì)在原料中所占比例的增加逐漸降低，其他烴類的產(chǎn)量增加。 3.生物質(zhì)與煤快速共氣化行為研究 在小型固定床反應(yīng)器上，采用快速升溫的方式，考察生物質(zhì)與煤水蒸氣快速共氣化和加水快速共氣化兩種方式對(duì)共氣化過程及產(chǎn)物的影響。生物質(zhì)與煤水蒸氣快速共氣化反應(yīng)可生產(chǎn)富氫產(chǎn)物氣，明顯降低CO及烴類氣體產(chǎn)率，H_2/CO可達(dá)3-4，對(duì)CO_2產(chǎn)量影響不是很明顯；生物質(zhì)與煤加水快速共氣化氣體產(chǎn)量也有顯著增加，隨著加水共氣化終溫的升高，氣體產(chǎn)物中H_2組分所占比例明顯增加，而CO組分所占比例略有下降。兩種共氣化方式相比，水蒸氣共氣化法產(chǎn)生富氫氣體，適用于合成液體燃料，尤其是作為甲醇合成的原料氣；而直接加水氣化得到較多的可燃?xì)怏w，燃?xì)鉄嶂递^高，可用來燃燒、發(fā)電及供氣。 4.烘焙生物質(zhì)與煤共熱解行為研究 采用TG和小型固定床兩種反應(yīng)器形式分別對(duì)烘焙生物質(zhì)與煤慢速共熱解和快速共熱解過程及產(chǎn)物進(jìn)行研究。通過慢速共熱解研究，發(fā)現(xiàn)250℃和30min是一個(gè)比較合適的生物質(zhì)原料預(yù)處理溫度。烘焙預(yù)處理有利于生物質(zhì)與褐煤快速共熱解氣體產(chǎn)物的生成。各氣體組分中，H2含量減少很多，CO含量略有增加，CO_2含量增加，CmHn含量增加較多，但氣體熱值總體變化不大。生物質(zhì)經(jīng)烘焙預(yù)處理后與煤快速共熱解反應(yīng)能有效降低焦油產(chǎn)量。 5.生物質(zhì)與煤共熱解及焦油催化裂解動(dòng)力學(xué)研究 分別采用Coats-Redfern法和DAEM法對(duì)生物質(zhì)與煤共熱解過程的動(dòng)力學(xué)特性加以分析。Coats-Redfern法中，升溫速率對(duì)活化能影響不大，對(duì)頻率因子有一定的影響。Coats-Redfern法將共熱解過程分為多段的單一反應(yīng)，求出的活化能值較低，且為整個(gè)共熱解過程活化能的平均值，不能全面準(zhǔn)確的表達(dá)生物質(zhì)、煤?jiǎn)为?dú)熱解或兩者混合物的共熱解活化能和實(shí)際過程，因而不適宜于模擬共熱解等復(fù)雜反應(yīng)體系；DAEM模型求得的活化能是隨轉(zhuǎn)化率變化的一個(gè)函數(shù)，呈現(xiàn)升高-平穩(wěn)-升高的變化趨勢(shì)，指前因子隨活化能的增大而增大，補(bǔ)償了由于活化能增大而造成的速度常數(shù)減少。DAEM法的Gaussian擬合相關(guān)性較好，充分證明了DAEM模型對(duì)共熱解過程的適用性較好。實(shí)驗(yàn)得到的共熱解活化能小于加權(quán)計(jì)算方法得到的共熱解活化能，進(jìn)一步驗(yàn)證了在共熱解過程中協(xié)同反應(yīng)效應(yīng)的真實(shí)存在。 以萘為模型化合物模擬焦油的催化裂解反應(yīng)可以看做是平推流反應(yīng)形式。在自制的鎳鐵白云石基雙金屬?gòu)?fù)合催化劑上，950℃時(shí)萘的轉(zhuǎn)化率達(dá)到93%以上，求得的表觀活化能為63.96kJ/mol，為目前所能檢索到的最小。以萘為模型化合物的焦油催化裂解本征動(dòng)力學(xué)方程為：r_A=396.2×exp(-925.34×1/T)C_A
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TK6;TQ530.2
【圖文】：

于在自由落下床反應(yīng)器中升溫速度較率條件下有可能同時(shí)發(fā)生。而且物料要遠(yuǎn)大于生物質(zhì)的黑度，因此煤與生致共熱解過程中協(xié)同反應(yīng)的發(fā)生。張秸/鐵法煤以及白松/鐵法煤的共熱解質(zhì)共熱解時(shí)半焦產(chǎn)率減少，而液體和 CO2產(chǎn)率降低，說明共熱解過程中發(fā)研究煤與生物質(zhì)共熱解時(shí)也發(fā)現(xiàn)了協(xié)生物質(zhì)的黑度，從而導(dǎo)致煤與生物質(zhì)

圖 2-1 稻殼熱解產(chǎn)物的三維紅外光譜圖g. 2-1 Three-dimensional IR graphs of rice husk pyrolysis prod圖 2-1 為稻殼熱解產(chǎn)物的三維紅外光譜圖。由圖 2-類，同時(shí)得到主要熱解產(chǎn)物總體分布情況及其隨時(shí)熱解產(chǎn)物隨溫度升高的變化趨勢(shì)，可以把圖 2-1 的各熱解產(chǎn)物切分為二維數(shù)據(jù)圖，得到某些特征峰隨爾定律，當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散的濃度及吸收層厚度成正比。因此通過分析熱解知熱解產(chǎn)物濃度隨溫度升高時(shí)的變化規(guī)律[84]，同濃度的高低。

9.1178[91]7.4[92]8.8[94](載體 support) - 7.3[96]- - 中所產(chǎn)生的焦油成分非常復(fù)雜，絕大部分物質(zhì)是分子量中的典型物質(zhì)萘的累積范德華尺寸為：長(zhǎng) 9.1 ，寬 7用催化劑的孔徑越大越有利于對(duì)大分子物質(zhì)的裂解。使積孔體積與孔徑的關(guān)系如圖 2-16 所示，從圖 2-16 中可占比例很小，絕大多數(shù)的孔分布在 50 以上，催化劑的物的分子尺寸，結(jié)合較大的比表面積，本實(shí)驗(yàn)中制得的適合用于共熱解產(chǎn)生焦油的催化裂解。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 姚向麗;肖波;鄒先梅;;新型生物質(zhì)粉體燃料破碎系統(tǒng)[J];中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè);2006年10期

2 岳金方;應(yīng)浩;蔣劍春;孫云娟;;水蒸氣氛圍下木薯渣氣化的研究[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2008年01期

3 可及;;莊稼地里“種”出“石油”來[J];黨員干部之友;2006年10期

4 張建國(guó);彭祚登;;中國(guó)薪炭林培育技術(shù)[J];生物質(zhì)化學(xué)工程;2006年S1期

5 岳思;肖波;;生物質(zhì)催化氣化制氫技術(shù)研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2008年05期

6 王新運(yùn);吳鳳義;萬新軍;;生物質(zhì)裂解機(jī)理模型的研究進(jìn)展[J];廣州化工;2009年06期

7 鮑振博;靳登超;劉玉樂;郭俊旺;;生物質(zhì)氣化中焦油的產(chǎn)生及其危害性[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年04期

8 張博;鄔小兵;任德安;劉健;龍敏南;;桉樹木屑熱裂解制生物油的研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年20期

9 周成;;生物質(zhì)固化成型燃料的開發(fā)與應(yīng)用[J];現(xiàn)代化農(nóng)業(yè);2005年12期

10 張亞男;;生物柴油在節(jié)能環(huán)保應(yīng)用中的展望[J];節(jié)能技術(shù);2007年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王賢華;陳漢平;邵敬愛;楊國(guó)來;張世紅;劉德昌;;國(guó)外生物質(zhì)能發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)我國(guó)的啟示[A];2004年中國(guó)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

2 張建社;郭慶杰;;流化床生物質(zhì)CO_2催化氣化模擬分析[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2011年年會(huì)暨第四屆全國(guó)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

3 周斌;雷建國(guó);魏然;;生物質(zhì)(秸稈)成型燃料制備技術(shù)應(yīng)用與市場(chǎng)需求展望[A];2011中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第四卷）[C];2011年

4 田原宇;梁鵬;蓋希坤;喬英云;;自混合下行循環(huán)流化床生物質(zhì)快速熱解制燃料油[A];2009全國(guó)可再生能源—生物質(zhì)能利用技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

5 王玉琪;;生物質(zhì)爐具:市場(chǎng)前景看好,更需政府支持[A];2009第三屆中國(guó)民用爐具研討會(huì)暨產(chǎn)品展示會(huì)、2009生物質(zhì)成型燃料加工設(shè)備及技術(shù)交流會(huì)會(huì)刊[C];2009年

6 孫鳳蓮;王雅鵬;;可持續(xù)發(fā)展理論對(duì)生物質(zhì)能源開發(fā)利用的影響研究[A];技術(shù)創(chuàng)新與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展[C];2009年

7 王革華;;生物質(zhì)能在能源系統(tǒng)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中的作用及發(fā)展戰(zhàn)略[A];21世紀(jì)太陽能新技術(shù)——2003年中國(guó)太陽能學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

8 王述洋;李東升;;生物質(zhì)能的開發(fā)利用與我國(guó)西部的大開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國(guó)科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會(huì)文集[C];2000年

9 楊平原;張R

本文編號(hào)：2757181