生物质焦和煤焦在气化过程中的结构演变及其与反应性的关联

发布时间：2020-07-25 11:35

【摘要】：煤气化通常可分为煤的热解和焦的气化,其中焦的气化作为速率控制步骤,直接影响着气化效率,而焦结构又是影响气化速率的主要因素之一。事实上,随着气化反应的进行焦结构会发生演变,碱金属和碱土金属将随之迁移和转化,进而影响其催化作用。气化过程中焦结构的演变与其反应活性息息相关,即结构决定性质,性质影响效率。因此,探究焦结构在气化过程中的演变与反应性的关联对气化机理的研究有非常重要的意义。为了探讨物料的差异对其反应性的影响,本研究中选用不同煤阶的西山烟煤和锡盟褐煤(两种典型的中国煤)以及华北地区的玉米秸秆为实验原料,采用程序升温热解方式制备热解终温为1000℃的焦样作为研究对象,利用固定床反应器-在线气体分析系统对焦样进行了不同气氛、不同碳转化率、以及不同混合比例的气化活性评价。对原焦样品及不同碳转化率下的气化残焦进行N2吸附表征、拉曼表征和矿物质含量测定,探讨了焦样在气化反应过程中结构的演变,并将其与反应性进行了关联,进一步分析了混合气氛下焦-CO2反应与焦-H2O反应的协同效应以及不同掺混比例的煤焦与生物质焦共气化过程中的协同效应。结果表明：(1)800℃水蒸气气氛下,玉米秸秆焦的气化反应性与比表面积和矿物质K、Mg的含量相关,与化学结构相关性不明显；褐煤焦的气化本征反应性与其化学结构相关。950℃水蒸气气氛下,烟煤焦的气化反应性与比表面积有一定的相关性。(2)800℃ CO2气氛下,玉米秸秆焦的比表面积和矿物质K、Mg、Ca对其气化反应起主导作用；褐煤焦的气化反应性与其比表面积和化学结构相关。950℃ CO2气氛下,烟煤焦的气化本征反应性与其化学结构相关。(3)800℃混合气氛下,玉米秸秆焦的气化反应主要受比表面积和矿物质K、Mg的影响；褐煤焦的气化本征反应性与其化学结构相关,且碳转化率小于30%时,矿物质Na、Ca、K对反应起到催化作用。950℃混合气氛下,烟煤焦的气化反应性在碳转化率小于20%时与比表面积相关,而自身的化学结构和矿物质对气化反应性的影响不显著。(4)不同焦样在H2O/CO2共气化过程中都存在一定的协同效应,且它们的表观反应速率协同效应均与比表面积相关；玉米秸秆焦的本征反应速率所体现的协同效应与矿物质K、Mg、Ca相关；褐煤焦的本征反应速率协同效应与其化学结构相关；烟煤焦的本征反应速率协同效应与矿物质K有一定的相关性。(5)煤焦与生物质焦共气化过程中存在一定的协同效应。褐煤焦与玉米秸秆焦的比例为2：1时,混合焦的气化活性最高；而烟煤焦与玉米秸秆焦共气化的反应活性则随玉米秸秆焦比例的增加而增大。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ546

【参考文献】