大豆荚与褐煤共热解转化与利用的基础研究

发布时间：2020-04-20 15:37

【摘要】：资源的有效利用在当今经济社会依旧是一个焦点。不可再生的化石能源,尤其是煤炭仍然是支撑我国发展的主导能源,煤炭的利用方式导致利用效率不高且伴随着严重的环境污染。与此同时能源需求的增加使可再生能源地位日益突出。因此,通过生物质与褐煤混合热解,将可再生的生物质资源与煤炭的清洁高效利用相结合,不仅能更有效地利用生物质资源,还能减少煤炭用量和减轻环境保护压力。本研究将褐煤和大豆荚在自制的热解装置上进行共热解实验,研究大豆荚的添加比例(0%、10%、20%、30%、40%、50%、100%)对褐煤热解产物特性的影响(热解焦油用GC-MS和FTIR进行分析,半焦用FTIR、SEM、BET进行分析),利用热重分析仪初步了解共热解失重过程并从动力学的角度探讨添加大豆荚对褐煤热解过程的影响,分析Fe2O3对共热解产物产率与品质的影响,最后将共热解半焦用于模拟印染废水的吸附实验。在本研究实验条件下得到的结果如下:(1)随着大豆荚掺混比的增加,热解半焦产率减小,热解气产率增大,焦油产率先增加后减小,在大豆荚掺混比为30%时,热解焦油产率达到11.98%,与理论计算值偏差最大,表明大豆荚的添加有一定的促进焦油生成的共热解协同作用。(2)FTIR分析结果表明,共热解焦油与煤单独热解焦油相比,C=C、C=O等官能团减少,添加大豆荚有利于醚键以及含氧杂环的裂解;GC-MS检测结果显示,与煤单独热解焦油相比,共热解焦油中长链脂肪烃增至21.69%,芳香族化合物降至23.34%,酚类化合物的含量比理论值增加6.4%。(3)FTIR分析表明,共热解半焦与煤半焦相比,C=O、C-O等含氧基团增多,SEM表明共热解半焦表面出现大量小碎片;BET分析显示共热解半焦的比表面积比煤半焦增大,大豆荚的添加能使半焦的平均孔径减小。(4)添加Fe2O3使共热解产物焦油和半焦产率略有下降,共热解焦油芳香族化合物降至20.39%。(5)共热解半焦对亚甲基蓝的去除率为80.68%。(6)热重结果表明,混合物共热解的最大失重速率所对应的温度比褐煤的降低5.6℃,挥发分析出的终止温度比褐煤提前17.51℃,DTG实验值在400℃时比理论值大,大豆荚的添加具有促进褐煤实际热失重速率变大的作用,热解过程符合一级反应动力学方程。
【图文】：

气相色谱,热解装置

称取10g±0.01g空气干燥基样品在钢甑中热解，温控仪自动控制热解程序，热解完成后测定收集到的产物产率（定制试管收集焦油和水，，集气袋收集热解气，甑体收集半焦），详见图2.1。热解产物检测用到的主要仪器见表2.3，试剂见表2.4。图2.1 铝甑热解装置图Fig. 2.1 Schematic diagram of aluminum craggan表2. 3 实验所用主要仪器Tab. 2.3 Main instruments for experiment仪器与设备名称型号生产厂家气相色谱/质谱联用仪 6890N/5970N型美国安捷伦公司热解炉 —— 武汉科技大学温控仪 KSY-6D-16 武汉亚华电炉厂热重分析仪 STA449F3型德国NETZSCH公司磁力搅拌器 DF-101S 河南省予华仪器有限公司紫外可见分光光度计 UV1800-PC 上海美普达仪器有限公司电子扫描显微镜 TESCAN VEGA3 FEI香港有限公司电子天平(感重0.1 mg) AL204 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司电热鼓风干燥箱 101-1A型天津市泰斯特仪

标准曲线,亚甲基蓝,标准曲线,热重实验

图 2.2 亚甲基蓝标准曲线Fig. 2.2 Standard curve of methylene blue褐煤的热重实验大豆荚样、最优掺混样进行热重实验，根据电脑记分析热解特性参数，以便从图形和数值上分析大豆用动力学分析方法求取动力学参数，探究褐煤和大条件用的热重分析仪是德国 NETZSCH 公司的 STA449F，能够抵抗高温高压的极端环境，即使在有蒸气环变化。设置热重实验条件：坩埚选用 Al2O3坩埚，
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ530.2

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