烟煤与玉米秸秆共热解试验研究

【摘要】：煤与生物质共热解是煤与生物质共利用过程中的一个必要环节,对煤与生物质共气化、共液化以及共燃烧过程而言,热解是必经过程或伴随过程。本文以延长烟煤、玉米秸秆为实验原料,基于热天平分析仪、固定床开展共热解试验。试验考察了不同热解温度以及不同生物质掺混比例对共热解产物产率、气体组分产率、焦油组分的影响。在热天平实验中,延长烟煤与玉米秸秆发生了协同作用。对玉米秸秆和延长烟煤进行酸洗脱灰分处理,考察两者内在碱(土)金属对共热解的影响。对比酸洗玉米秸秆(DECS)与延长烟煤,延长烟煤与玉米秸秆的共热解实验,酸洗后的共热解过程中,其活化能增加,指前因子下降。在固定床热解实验中,考察了不同热解温度以及掺混比例对共热解的影响。实验结果表明：延长烟煤与玉米秸秆共热解过程中发生了协同作用。相比于理论计算值,共热解的半焦产率下降,液体产率以及气体产率随着温度的升高呈现不同的变化趋势。对共热解气体组分进行分析发现：与理论计算值相比,C02、CO、CH4、H2产率呈现不同的变化趋势。在整个热解温度区间,共热解气体CO、CH4的实验值产率偏高。相比于延长烟煤与玉米秸秆共热解,酸洗玉米秸秆与延长烟煤共热解的气体产率降低,液体产率提高,固体产率呈现不同的变化趋势,气体各组分的产率均有所下降,尤其是H2、C02的产率变化显著。相比于延长烟煤与玉米秸秆共热解,玉米秸秆与酸洗延长烟煤共热解产物产率在600℃、700℃下两者的差别较小,在800℃下气体产率有所下降,液体产率有所增加,H2、CH4的产率有所下降,而CO2、CO的产率略微降低。在固定床热解实验中,通过添加KCl、CaCl2、MgCl2,考察了钾、钙、镁元素对共热解的影响作用。相比于延长烟煤与玉米秸秆共热解,KCl的加入导致气体产率增加,液体产率减少,同时有助于CO2、CO、CH4、H2的释放。随着热解温度的增加,CaCl2的添加增加了气体、固体的产率,同时减少了液体的产率。CaCl2的添加有利于H2、CO2、CO的生成,对CH4的产率具有轻微的促进作用。MgCl2的添加对延长烟煤与玉米秸秆共热解的过程没有明显的影响。针对共热解焦油,采用柱层析分析法分析,较理论计算值,共热解焦油中的沥青质、非烃的含量下降,脂肪烃以及芳香烃的含量上升。玉米秸秆经酸洗脱灰处理,共热解焦油中沥青质类以及非烃类的物质含量提高,脂肪烃类以及芳香烃类物质含量下降。添加KCl的共热解焦油中芳香烃以及脂肪烃的含量增加,非烃以及沥青质的含量减少。对共热解焦油进行GC-MS分析发现,共热解焦油的长链烷烃的含量减少,芳香类组分中二甲基苯以及乙基苯等带有侧链的芳烃化合物的含量减少,苯酚、苯甲酚、萘酚等含量提高。玉米秸秆经过酸洗脱灰,共热解焦油中酚类的含量增加,环烷烃类物质的含量减少。添加KCl会增加共热解焦油脂肪烃族组分中环烷烃的含量,芳香烃族组分中苯、萘等的含量增加,同时减少酚类物质的含量。 【关键词】：烟煤 玉米秸秆 共热解 酸洗脱灰 添加剂 协同作用
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ530.2;TK6
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 煤炭利用方式13-14
• 1.2.1 煤炭燃烧利用以及带来的环境问题13
• 1.2.2 煤炭热化学转化技术13-14
• 1.3 煤炭资源与生物质能资源共热解利用14-15
• 1.4 本论文研究内容15-17
• 2 文献综述17-30
• 2.1 煤热解17-22
• 2.1.1 煤热解过程17-19
• 2.1.2 煤热解研究现状19-22
• 2.2 生物质热解22-25
• 2.2.1 生物质资源的基本特点22-23
• 2.2.2 生物质热解现状23-25
• 2.3 煤与生物质共热解研究现状25-28
• 2.3.1 煤与生物质共热解协同作用25-27
• 2.3.2 煤与生物质共热解无协同作用27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 实验原料与实验方法介绍30-35
• 3.1 实验原料30
• 3.2 实验仪器与设备30-33
• 3.2.1 热天平实验30-31
• 3.2.2 小型固定床实验31-33
• 3.3 产物分析方法33-35
• 3.3.1 产物产率计算方法33
• 3.3.2 气体产物分析33-34
• 3.3.3 液体产物分析34-35
• 4 基于热重研究延长烟煤与玉米秸秆共热解特性35-48
• 4.1 引言35
• 4.2 实验基本方法35-36
• 4.3 实验基本参数36-37
• 4.4 实验结果与讨论37-44
• 4.4.1 延长烟煤与玉米秸秆热解特性37
• 4.4.2 延长烟煤与玉米秸秆共热解特性37-41
• 4.4.3 酸洗玉米秸秆对共热解特性的影响41-42
• 4.4.4 酸洗延长烟煤对共热解特性的影响42-44
• 4.5 热解反应动力学分析44-47
• 4.6 本章小结47-48
• 5 固定床热解实验48-68
• 5.1 引言48
• 5.2 实验基本参数48
• 5.3 延长烟煤与玉米秸秆固定床共热解实验48-53
• 5.3.1 延长烟煤与玉米秸秆共热解产物产率分析48-51
• 5.3.2 气体组分分析51-53
• 5.4 延长烟煤与酸洗玉米秸秆固定床共热解实验53-56
• 5.4.1 延长烟煤与酸洗玉米秸秆共热解产物产率分析54-55
• 5.4.2 气体组分分析55-56
• 5.5 酸洗延长烟煤与玉米秸秆固定床共热解实验56-59
• 5.5.1 酸洗延长烟煤与玉米秸秆共热解产物产率分析56-58
• 5.5.2 气体组分分析58-59
• 5.6 添加KCl对延长烟煤与玉米秸秆共热解实验的影响59-63
• 5.6.1 添加KCl对延长烟煤与玉米秸秆共热解产率的影响59-60
• 5.6.2 添加KCl对延长烟煤与玉米秸秆共热解气体组分的影响60-63
• 5.7 添加CaCl_2对延长烟煤与玉米秸秆共热解实验的影响63-65
• 5.7.1 添加CaCl_2对延长烟煤与玉米秸秆共热解产率的影响64-65
• 5.7.2 添加CaCl_2对延长烟煤与玉米秸秆共热解气体组分的影响65
• 5.8 本章小结65-68
• 6 液体产物分析68-84
• 6.1 引言68
• 6.2 焦油预处理分析方法68-69
• 6.3 共热解焦油柱层析分析69-73
• 6.3.1 延长烟煤与玉米秸秆共热解焦油柱层析分析70-72
• 6.3.2 延长烟煤与酸洗玉米秸秆共热解焦油柱层析分析72
• 6.3.3 添加KCl的延长烟煤与玉米秸秆共热解焦油柱层析分析72-73
• 6.4 共热解焦油GC-MS分析73-82
• 6.4.1 延长烟煤与玉米秸秆共热解焦油GC-MS分析73-78
• 6.4.2 基于GC-MS分析玉米秸秆脱灰以及KCl对共热解焦油的影响78-82
• 6.5 本章小结82-84
• 7 全文总结与展望84-93
• 7.1 主要结论84-86
• 7.2 本文主要创新点86
• 7.3 不足与展望86-88
• 参考文献88-93
• 作者简介93

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