沙柳和煤的热解特性及共热解协同作用机制的研究

发布时间：2020-05-24 18:24

【摘要】：具有平茬复壮特性的沙柳具有富氢的特点,可弥补煤的贫氢特点,煤和沙柳混合共热解可提高煤的转化率,提高原料利用率,减少资源浪费。本实验利用固定床装置及综合热分析仪进行煤和沙柳的单独热解及共热解实验,研究了煤的单独热解特性以及添加不同沙柳和煤混合比例时两者的相互作用。利用综合热分析仪分析煤和沙柳在不同N_2/CO_2比例气氛下的单独热解实验中发现煤和沙柳具有一定发生相互作用的可能。无氧气氛条件下煤的失重速率值的绝对值有一比沙柳的失重速率值的绝对值大的值,除此之外,沙柳的第一个失重速率绝对值均比煤的大。利用综合热分析仪对煤和沙柳在不同CO_2/N_2气氛条件下共热解的热解失重行为和相互作用进行了研究,应用Coats-Redfern方法分析热解反应动力学过程,得到了热解反应动力学参数。当CO_2:N_2=5:5时,煤与沙柳混合物在热解高温段全部表现为促进作用(沙柳含量20%的混合物沙柳含量80%的混合物沙柳含量50%的混合物);当煤:沙柳=5:5时,不同CO_2/N_2比例气氛下热解的高温段中CO_2气氛比例越大,煤与沙柳的相互促进作用越强。活化能的范围均在15~70 kJ·mol~(-1)之间,且沙柳的热解活化能比煤的大。高温段所需的活化能较低温段的大。CO_2/N_2气氛比例及沙柳/煤混合比例均对活化能和指前因子有一定的影响。在不同O_2/CO_2气氛研究煤和沙柳共热解的TG/DTG曲线,发现煤和沙柳的混合物的燃烧特性参数随氧气浓度及其掺混比例的变化表现出一定的规律性,含氧量≥50%的样品的燃烧机理为多相燃烧,含氧量≤20%的样品的燃烧机理为均相燃烧。沙柳与煤的混合物在不同热解区间有不同程度的相互协同/抑制作用,其中沙柳含量为20%,含氧量为80%气氛条件下的沙柳和煤的混合物的相互协同性最好,纯O_2气氛下的混合物的相互抑制性最好。在固定床共热解实验中,当沙柳掺混比例分别为20%和40%时,促进和抑制作用最明显,沙柳和煤有一定的协同作用。通过BET实验发现添加沙柳后可提高混合半焦的比表面积及改善孔径分布,减小半焦孔径。从FTIR分析得到热解焦油中主要含有芳环类和脂肪族化合物,沙柳的添加有利于煤焦油的酚羟基、醚键以及含氧杂环的裂解。由SEM分析可以发现50%沙柳添加量会堵塞煤的毛孔抑制煤的热解,但共热解半焦的孔隙较为丰富,可广泛应用于工业中。本课题研究生物质和煤的燃烧特性及协同/抑制作用可为煤和生物质的有效洁净利用及降低环境污染起到积极的作用。
【图文】：

拟合曲线,级数,拟合曲线,指前因子

121 1 2ln ln 11nAR RT ET n E E RT n 0;0.5;2;3（6）由于E2RT对于大部分反应来说远小于 1，通过式（5）（6）可得出 2n 1T 对 1/T 做图 n 1， (1)1(1)ln21Tnn 对 1/T 作图 n 0;0.5;2;3。当拟好（R2>0.9）时，通过斜率 RE- 可计算出活化能 E，1mol KJ ；再通过常可计算出指前因子 A，min-1;为了更好的确定动力学参数，在升温速率in 时假设反应级数 n 取不同数值，当 n=0、0.5、1、2、3 时不同反应级数 n线图如下所示：

TG曲线,混合比例,气氛,TG曲线

图 2 不同混合比例的煤和沙柳在 CO2/N2为 5:5 气氛比例下的 TG 曲线Fig.2 TG curves inCO2/N2(5:5)atmosphere under different blending ratio of coalandsalixPsammophila图 3 所示，在 DTG 曲线图中，煤、沙柳及二者混合物的微分失重曲线（DT类似，且均有两个较大的失重峰。随着混合物中沙柳含量的增加，煤和沙合物在低温段的最大失重速率值增大，，在高温段的最大失重速率降低，但混含量为 80 %的最大失重速率值较纯沙柳的低。低温段的沙柳的最大失重速 0.78，高温段煤的最大失重速率值最大，为 0.35。低温段的煤热解区间发90oC，较沙柳及二者混合物的高（主要热解区间为 260～390oC），煤的最对应的温度相对于其余条件的同样较高，在 440oC 左右，其余均在 360oC 左热解终温高于煤的热解始温，即煤和沙柳的主要热解温度区间有相互重合明煤和沙柳具有一定发生相互作用的可能。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ530.2;TK6

【参考文献】