煤与生物质加压热解及协同作用研究

发布时间：2020-07-23 01:37

【摘要】：面对我国富煤贫油少气、生物质产量巨大的能源现状以及对环境保护的迫切需求,开展煤与生物质共热解燃烧技术可以发挥我国煤及生物质资源优势,可以实现煤炭的清洁高效利用以及低品位生物质燃料向高品位燃料的转变,同时改善热解液体及气体产物品质。加压工况可以加强煤与生物质的相互作用,故本文开展了煤与生物质加压热解研究。本文首先利用加压热重分析仪(PTGA)对煤、松木屑及其混合样品进行了0.1-2.0 MPa压力下的热解失重特性研究以及反应动力学分析。结果发现,热解压力升高会抑制样品热解挥发分的析出,使样品主要热解阶段的表观活化能增大56%-85%;松木屑与煤共热解过程不是两者单独热解过程的简单叠加,而是两者协同反应相互促进或抑制的结果,共热解失重相较计算值在加压条件下提高了8%-23%,在常压条件下降低了6.7%,但不管是常压还是加压共热解,共热解主要热解阶段的表观活化能相较松木屑和煤单独热解均有所降低。为了进一步探讨热解气固液产物的产率及品质,本文利用固定床对煤、松木屑及其混合样品进行了加压热解并对通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、气相色谱质谱联用(GC/MS)等手段对热解产物进行了分析。结果表明,松木屑热解的气体和液体产物产率均高于博斯坦煤;随着热解压力增大,煤与松木屑热解的气体及液体产物产率降低而半焦产率升高,气体产物中CH_4、C_2-C_3、CO_2含量升高而CO、H_2含量降低,液体产物中轻质焦油占比先降低后升高;煤与松木屑共热解在气固液产物产率上没有表现出明显的协同作用,但是提高了气体产物中CO_2、CO、H_2组分的占比,促进了热解焦油轻质化。为了研究松木屑半焦在共热解中起到的作用,本文利用裂解气相色谱质谱联用仪(PY-GC/MS)对煤、松木屑、煤与松木屑混合样品以及煤与松木屑半焦混合样品进行了快速裂解实验并对热解轻质焦油进行了分析。发现煤与松木屑共热解虽然没有提高轻质焦油中芳烃组分的含量,但是芳香烃中BTX的含量为62.4%,高于煤单独热解的51.2%,即改善了芳烃分布;煤与松木屑半焦共热解的芳香烃中BTX含量高于55%,也比煤单独热解高,但是松木屑半焦对共热解的作用是有限的,不随半焦掺混比例增大而对共热解的作用相应增强。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ530.2;TK6
【图文】：

一次能源消费,煤炭,占比

发展依赖于能源的利用。而能源的个国家生产技术和生活水平的重点是富煤、贫油、少气，根据 20 2017 年底，我国的石油探明储量探明储量为 5.5 万亿立方米，天然百万吨，煤炭储产比为 39 年。在在连续三年下跌后，中国煤炭消费次能源消费结构中的占比为 60.4大规模煤改气，但电力需求增长国的煤炭资源优势，实现煤炭的我国经济发展有着非常重大的战石油 19.4水电 8.3%可再生能源 3.4%

技术路线图,多联产,低温热解,煤炭

境污染严重等问题。对煤炭进行分级提质利用制备清洁燃料及化工产品物质高碱金属及氢含量的结构特性，对我国的能源清洁高效利用具有重多联产技术概况炭多联产的含义是指通过煤炭转换，利用技术有机集成，来获得多种二，如：电、甲醇等液体燃料，城市煤气、氢等气体燃料，和多种附加值工副产品[3]。利用煤炭热化学技术可以实现对煤炭的分级转化利用，实组分利用效益最大化，同时可解决煤炭燃烧带来的污染问题。煤多联产线如图 1.2 所示。热解作为多联产技术的核心步骤，热解产物转化率及接影响煤炭利用效率。

热解过程,烟煤

1.3 煤热解研究煤的热解是指在惰性高温气氛下煤基质经历一系列复杂的物理化学反应的过程，煤在热解过程中会析出 H2、CO2、CO、芳香烃、脂肪烃等挥发分，同时固体产物在熔融状态中不断芳构化形成半焦或者焦炭。煤的热解反应是一个十分复杂的过程，包含了多种平行反应、竞争反应，其热解特性不仅与煤炭性质有关，与气氛、压力等实验工况更是联系密切，掌握煤炭的热解机理以及煤炭热解特性与热解条件的关系对煤炭资源的定向转化、高效利用有着重要意义。1.3.1 煤热解机理煤炭在惰性气氛下加热时，随温度升高煤基质会发生一系列复杂变化并形成气态、液态和固态产物，过程如图 1.3、图 1.4 所示。

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