煤与生物质共热解过程中碱金属的迁移及催化作用研究

发布时间：2017-06-09 02:03

  本文关键词：煤与生物质共热解过程中碱金属的迁移及催化作用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤催化气化具有操作温度低、能量转化率高、低投资及具有产气选择性等优势。其中碱金属盐作为煤气化的催化剂存在着成本较高、对气化炉腐蚀严重等问题；而可再生能源生物质在生长过程中会吸收碱金属作为其营养物质,在热化学转化过程中会释放出来。煤与生物质共热解过程中,生物质碱金属的释放、传递及对煤催化气化作用的研究对于研究共气化的反应机理具有重要的意义。 本论文选取了晋城无烟煤和水稻秸秆作为研究对象,在两段/单段式流化床反应器中分别进行了煤与生物质共热解、酸洗煤与生物质共热解、原料单独热解实验,利用微波消解法消解所得到的焦样,采用原子吸收光谱分析法对碱金属含量进行分析,由此得到了煤与生物质共热解过程碱金属K/Na的迁移方向和迁移方式；并且考察了共热解温度、不同煤粒径及煤中矿物质对碱金属迁移规律的影响；最后利用热重分析仪对所得到的焦样进行了气化反应性研究。得出如下结论： (1)在水稻秸秆、晋城无烟煤、酸洗晋城无烟煤单独热解过程中,在700-1000℃的范围内,水稻秸秆中碱金属K/Na的释放量均随着温度的升高而增加,在1000℃时KJNa释放量达到65%。晋城无烟煤从700-900℃,因为热解程度比较低,碱金属的释放量都很低,在1000℃时K的释放量为15%,Na的释放量为10%,而酸洗晋城煤在700-800℃,K的释放量增加较明显,大于800℃后,K的释放量几乎不变；Na的释放量随温度的升高而增加。 (2)煤与生物质共热解实验中,在700-1000℃范围内,碱金属K/Na向气相中的释放量小于计算所得的原料单独热解的算术平均值,即煤与生物质共热解过程抑制了生物质碱金属向气相中的释放；较高的热解温度、煤中矿物质的存在以及较小煤粒径均有利于碱金属K/Na固定在共热解焦中。 (3)两段式流化床实验表明,生物质碱金属主要通过气-固方式被煤焦固定。 (4)碱金属K和Na表现出几乎一致的释放规律,二者之间只有量的差别,在释放规律上没有不同。 (5)热重分析表明：700℃共热解焦比1000℃共热解焦气化速率快,800℃共热解焦和900℃共热解的气化速率介于二者之间；粒径的不同对于焦的气化速率没有影响；共热解焦气化反应性与焦中碱金属的含量成正比关系,表明热解过程中生物质释放的碱金属对于煤气化过程具有催化作用。
【关键词】：共热解 碱金属 迁移 催化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ530.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 煤/生物质气化技术现状及存在的问题12-17
• 1.1.1 煤气化技术现状及存在的问题12-14
• 1.1.2 生物质气化研究现状及存在的问题14-15
• 1.1.3 煤与生物质共气化研究现状及存在的问题15-17
• 1.2 煤/生物质气化过程中碱金属问题的研究现状17-20
• 1.2.1 煤气化过程中碱金属问题的研究现状17-18
• 1.2.2 生物质气化过程中碱金属问题的研究现状18-19
• 1.2.3 煤与生物质共气化过程中碱金属问题的研究现状19-20
• 1.3 煤/生物质焦气化反应动力学研究20-25
• 1.3.1 煤焦气化反应动力学研究现状20-24
• 1.3.2 生物质焦样气化反应动力学研究现状24-25
• 1.4 本文的主要研究内容25-26
• 第二章 实验原料、装置和方法26-36
• 2.1 实验原料和装置26-30
• 2.1.1 实验原料26-27
• 2.1.2 实验装置及热解过程27-30
• 2.2 样品的制备、分析和检测方法30-34
• 2.2.1 酸洗煤样及生物质样的制备方法30-31
• 2.2.2 煤焦及生物质焦的制备方法31
• 2.2.3 微波消解方法31
• 2.2.4 样品中碱金属K和Na含量的测定方法31-33
• 2.2.5 煤焦比表面积和孔径分布的测定33
• 2.2.6 半焦CO_2气化反应实验33-34
• 2.3 碱金属释放量的计算方法34-36
• 第三章 煤与生物质共热解过程碱金属迁移规律及其影响因素36-50
• 3.1 单一样品热解过程碱金属的释放规律36-39
• 3.1.1 原煤随热解温度变化碱金属的释放规律36-37
• 3.1.2 酸洗煤随热解温度变化碱金属的释放规律37-38
• 3.1.3 生物质随热解温度变化碱金属的释放规律38-39
• 3.2 煤与生物质共热解过程碱金属的释放规律39-41
• 3.2.1 煤与生物质共热解过程碱金属迁移方向39-40
• 3.2.2 煤与生物质共热解过程碱金属迁移方式40-41
• 3.3 共热解过程碱金属迁移规律的影响因素41-44
• 3.3.1 温度的影响41-42
• 3.3.2 煤中矿物质的影响42-43
• 3.3.3 煤粒径的影响43-44
• 3.4 共热解焦气化反应性对比44-47
• 3.5 碱金属催化气化贡献47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第四章 煤焦与生物质焦共气化过程动力学分析50-66
• 4.1 固定碳转化率及反应性指数计算方法50
• 4.1.1 固定碳转化率计算方法50
• 4.1.2 反应性指数计算方法50
• 4.2 内外扩散影响的消除实验50-54
• 4.2.1 外扩散影响的消除51-52
• 4.2.2 内扩散影响的消除52-54
• 4.3 煤焦与生物质半焦在二氧化碳气氛下共气化反应性影响因素研究54-58
• 4.3.1 焦样反应速率随碳转化率的变化规律54-57
• 4.3.2 焦样反应速率随混合焦掺混比例的变化规律57-58
• 4.4 煤焦与生物质半焦在二氧化碳气氛下共气化反应动力学58-64
• 4.4.1 气化反应动力学模型的选择58-61
• 4.4.2 动力学参数计算61-62
• 4.4.3 反应性指数R62-63
• 4.4.4 煤焦与生物质焦共气化协同效应探讨63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 总结66-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78

【参考文献】

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