不同金属盐及金属氧化物催化剂对煤热解性能影响的研究

发布时间：2017-11-30 19:39

  本文关键词：不同金属盐及金属氧化物催化剂对煤热解性能影响的研究

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【摘要】：当今国内“缺油,少气,富煤”的能源现状决定我国对煤炭资源的综合高效利用应提起相当的重视。我国蕴藏的低阶煤资源比较丰富,经由对低阶煤进行催化热解反应,能够获得比较多用途较广的原材料,从而避免其直接燃烧所引起的环境污染和资源浪费。通过引入金属催化剂,能够使热解转化率有所提高,并能调节热解产物的分布,对煤的精细化、洁净化利用有着较为重要的意义。本文以霍林河褐煤为原料,展开了对原煤负载不同种类金属盐(K_2CO_3、CaCl_2、FeCl_3、MoS_2)和金属氧化物(CaO、MgO、Al_2O_3、MnO_2、Fe_2O_3、NiO)的催化热解特性进行了研究。本文利用热重分析仪(TGA)探讨了负载催化剂后不同煤样的热解规律,通过分析热解试验所得到的TG-DTG曲线,考察在恒定升温速率下添加不同种类催化剂对煤热解转化率、最大失重速率及所对应温度所产生的影响。在添加金属氧化物催化剂条件下,CaO及NiO对热解转化率相对提高最多达7.00%和7.53%。在活泼热解阶段除Al_2O_3外其他几种金属氧化物催化剂均体现出明显的催化效果;在热缩聚阶段,NiO催化效果最为显著,在该阶段峰温提前约10℃,失重速率峰值提高0.0041%/℃。在添加金属盐类催化剂条件下,FeCl_3对转化率相对提高最多达到9.22%。在活泼热解阶段催化作用主要表现在对峰温的提前,而在热缩聚阶段,除MoS_2外的其他几种催化剂均表现出显著的催化效果,CaCl_2在该阶段峰温提前10℃,失重速率峰值提高0.0061%/℃。本文并对活泼热解阶段及热缩聚阶段分别采用一级单一反应模型及二级单一反应模型进行动力学拟合,实现对褐煤热解行为的宏观描述。原煤在活泼热解阶段的活化能E为29.53 kJ/mol,在添加催化剂后活化能E降低至22.49~29.29 kJ/mol;原煤在热缩聚阶段的活化能E为44.52 kJ/mol,添加催化剂后活化能降低至24.46~41.28kJ/mol。本文并在固定床反应器上较为系统的开展了对霍林河褐煤催化热解特性的研究,考察了催化剂对热解产物(煤气、焦油)产率的影响。并对气体产物进行收集并进行气相色谱分析(GC),定量分析不同煤样热解煤气中H2、CO、CO_2、CH4的含量,发现催化剂的加入使热解煤气中的各组分在450℃及750℃的相对含量均有所改变;并对液体产物进行气相色谱-质谱分析(GC-MS),定性定量分析不同煤样热解焦油的特性,研究发现褐煤原煤及添加催化剂热解后所得焦油的组分均以轻质芳烃类、酚类、稠环芳烃类、脂肪烃类、杂环类五类化合物为主。不同种类催化剂的加入都在不同程度上增加了酚类、稠环芳烃类及杂环类化合物的含量,降低了轻质芳烃类以及脂肪烃类化合物的含量。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ530.2

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