探索落下床反應(yīng)器中煤與生物質(zhì)共熱解研究

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1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文落下床反應(yīng)器中煤與生物質(zhì)共熱解研究姓名:張麗申請學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):化學(xué)工藝指導(dǎo)教師:徐紹平20060601大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文在落下床反應(yīng)器中對(duì)大雁褐煤(DY)和鐵法煤(TF)分別與豆秸(LS)和白松(SD)在N2氣氛下的共熱解特性進(jìn)行了研究,焦點(diǎn)主要集中在兩者共熱解過程中是否存在協(xié)同效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)考察了不同溫度(500—700oC)及生物質(zhì)混合比例(BR,0—100wc.%)對(duì)熱解氣液固產(chǎn)物產(chǎn)率、各氣體組分產(chǎn)率、半焦反應(yīng)性以及焦油各組分的影響。此外,還對(duì)煤和生物質(zhì)進(jìn)行了熱重分析,考察了升溫速率的影響,并求取了動(dòng)力學(xué)參數(shù)。熱重結(jié)果顯示:隨升溫速率增加(

2、10—40oClmin),生物質(zhì)DTG曲線向高溫區(qū)移動(dòng),且峰變寬。據(jù)此推測,兩個(gè)主要熱解溫度范圍不同的熱解過程在高加熱速率下有可能同時(shí)發(fā)生,這就為落下床中煤與生物質(zhì)共熱解過程中協(xié)同反應(yīng)的發(fā)生提供了可能性。在落下床中,通過對(duì)溫度及BR值的考察結(jié)果表明,共熱解過程中發(fā)生了一定的協(xié)同反應(yīng)。相比于理論值,共熱解半焦產(chǎn)率減少,而液體和焦油產(chǎn)率增加,甚至共熱解產(chǎn)生的各氣體組分(如H2,CH4,CO等)產(chǎn)率和其理論值也并不完全保持一致。首先,BR對(duì)協(xié)同效應(yīng)的影響不同:生物質(zhì)/褐煤共熱解在BR為70m.%左右發(fā)生明顯的協(xié)同作用,而生物質(zhì)/鐵法煤共熱解在BR為50wt.%左右就已發(fā)生較明顯的協(xié)同作用。可

3、見,相對(duì)較高的BR有利于協(xié)同反應(yīng)的發(fā)生。再者,溫度對(duì)協(xié)同效應(yīng)的影響不同:對(duì)于LSIDY及LS,fF,600。C更有利于協(xié)同反應(yīng)的發(fā)生;而對(duì)于SD/DY和SD/TF,則500和600。C分別是比較有利的溫度??芍鄬?duì)較低的溫度(500和600oC)更有利于協(xié)同反應(yīng)的發(fā)生。此外,原料種類對(duì)協(xié)同效應(yīng)也有不同影響:相比于白松,豆秸與煤共熱解表現(xiàn)出更明顯的協(xié)同效應(yīng);相比于褐煤,鐵法煤與生物質(zhì)共熱解更易于協(xié)同反應(yīng)的發(fā)生。在固定床反應(yīng)器中,對(duì)落下床中共熱解所得半焦的C02反應(yīng)性進(jìn)行了考察,結(jié)果表明,共熱解過程改善了半焦的反應(yīng)性。較高BR(70Wt.%左右)時(shí)所得半焦的反應(yīng)性是煤熱解半焦反應(yīng)性的2倍

4、左右,同時(shí)也略高于生物質(zhì)熱解半焦的反應(yīng)性,從而進(jìn)一步證明了共熱解過程中協(xié)同效應(yīng)的存在。針對(duì)生物質(zhì)和煤熱解焦油的特點(diǎn),采用萃取一柱層析-GC/MS相結(jié)合的方法對(duì)焦油組分進(jìn)行了分析,將焦油樣主要分離為瀝青質(zhì)、酚類、脂肪類,芳香類和極性物五個(gè)不同極性的族分,并對(duì)各族分進(jìn)行了FTIR或GC分析。結(jié)果顯示,共熱解改善了焦油的質(zhì)量,使得焦油組分更加輕質(zhì)化。相比于理論值,共熱解焦油中瀝青質(zhì)產(chǎn)率減少,而酚類化合物產(chǎn)率增加,且酚類中結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的組分比例升高,氫化芳烴含量增加,脂肪烴含量減少。因而,焦油質(zhì)量的改善從更深層次上證明了共熱解過程中協(xié)同反應(yīng)的發(fā)生。關(guān)鍵詞:煤;生物質(zhì):共熱解:落下床反應(yīng)器;協(xié)同

5、效應(yīng),一鰲互絲生墨生壁量生塑墮塑魚墮——ResearchonCo.pyrolysisofBiomassandCoalinaFreeFallReactorAbstractAnexperimentalstudyonco.pyrolysisofbiomassandcoalwasperformedinafreefallreactorunderatmosphericpressurewithnitrogenasbalancegas,ThecoalsampleselectedaEcDayanlignite(DY)andTiefabituminous(TF),whilethebiomassusedar

6、elegumestralw(LS)andpinesawdust(SD).Thestudyisfocusedonpossiblesynergetieeffectsbetweenbiomassandcoal.111eeffectsoftemperature(500—700oC)andblendingratioofbiomassinmixture(BR0-100wt.%)ontheyieldsofthemajorpyrolysisproducts(e.g.gas,liquid,andchat),thegaseouscomponents,thecharreacfivitiesandthetar

7、compositionswerestudiedintheexperiment.Moreover,theinvestigationsintothepyrolyticbelmvioursofcoalandbiomasswerealsoconductedusingthermogravimetricanalysis(TGA).Theeffeetofheatingrate(10.40。C/min)wasanalyzedandthekineticparam

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