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《大连理工大学》 2006年
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落下床反应器中煤与生物质共热解研究

张丽  
【摘要】:本文在落下床反应器中对大雁褐煤(DY)和铁法煤(TF)分别与豆秸(LS)和白松(SD)在N_2气氛下的共热解特性进行了研究,焦点主要集中在两者共热解过程中是否存在协同效应。实验考察了不同温度(500-700℃)及生物质混合比例(BR,0-100wt.%)对热解气液固产物产率、各气体组分产率、半焦反应性以及焦油各组分的影响。此外,还对煤和生物质进行了热重分析,考察了升温速率的影响,并求取了动力学参数。 热重结果显示:随升温速率增加(10-40℃/min),生物质DTG曲线向高温区移动,且峰变宽。据此推测,两个主要热解温度范围不同的热解过程在高加热速率下有可能同时发生,这就为落下床中煤与生物质共热解过程中协同反应的发生提供了可能性。 在落下床中,通过对温度及BR值的考察结果表明,共热解过程中发生了一定的协同反应。相比于理论值,共热解半焦产率减少,而液体和焦油产率增加,甚至共热解产生的各气体组分(如H_2,CH_4,CO等)产率和其理论值也并不完全保持一致。首先,BR对协同效应的影响不同:生物质/褐煤共热解在BR为70wt.%左右发生明显的协同作用,而生物质/铁法煤共热解在BR为50wt.%左右就已发生较明显的协同作用。可见,相对较高的BR有利于协同反应的发生。再者,温度对协同效应的影响不同:对于LS/DY及LS/TF,600℃更有利于协同反应的发生;而对于SD/DY和SD/TF,则500和600℃分别是比较有利的温度。可知,相对较低的温度(500和600℃)更有利于协同反应的发生。此外,原料种类对协同效应也有不同影响:相比于白松,豆秸与煤共热解表现出更明显的协同效应;相比于褐煤,铁法煤与生物质共热解更易于协同反应的发生。 在固定床反应器中,对落下床中共热解所得半焦的CO_2反应性进行了考察,结果表明,共热解过程改善了半焦的反应性。较高BR(70wt.%左右)时所得半焦的反应性是煤热解半焦反应性的2倍左右,同时也略高于生物质热解半焦的反应性,从而进一步证明了共热解过程中协同效应的存在。 针对生物质和煤热解焦油的特点,采用萃取-柱层析-GC/MS相结合的方法对焦油组分进行了分析,将焦油样主要分离为沥青质、酚类、脂肪类、芳香类和极性物五个不同极性的族分,并对各族分进行了FTIR或GC分析。结果显示,共热解改善了焦油的质量,使得焦油组分更加轻质化。相比于理论值,共热解焦油中沥青质产率减少,而酚类化合物产率增加,且酚类中结构相对简单的组分比例升高,氢化芳烃含量增加,脂肪烃含量减少。因而,焦油质量的改善从更深层次上证明了共热解过程中协同反应的发生。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TQ530.2

【引证文献】
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【同被引文献】
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