海拉尔煤与PVC共热解氯的迁移规律与定向富集研究

发布时间：2020-10-22 18:09

　　 目前,能源紧缺和环境污染问题已成为全球关注的焦点。与煤加氢液化技术基本相同,低阶煤和PVC共热解技术利用H/C原子比较高的塑料作为供氢物质,对煤热解反应过程起到供氢的作用,有利于生成液相产物。海拉尔煤(HLE)具有很高的灰分,在共热解过程中,灰分中的金属化合物可使PVC中氯元素以金属氯化物的形式固定在固相产物中。因此,含氯废塑料与低阶煤共热解在低阶煤提质与固废处置方面具有很好地发展前景。本研究选取内蒙古海拉尔褐煤及工业纯品PVC作为实验样品,进行了 HLE和PVC共热解动力学及产物分布特性研究。主要包括:1、通过热分析技术对比研究了 HLE和PVC单独热解和共热解特性。结果表明:HLE热解存在三个阶段:第一阶段主要是干燥脱气阶段;第二阶段是褐煤的主要热解阶段,大量挥发分析出;第三阶段是煤的缩聚阶段。PVC热解主要分为两个阶段:第一阶段主要是脱除HCl的连锁反应被引发,生成了大量的HCl;第二阶段是不稳定碳链的断裂和重排、交联、同分异构和芳构化等。共热解过程分为两个阶段:第一阶段与PVC单独热解脱HCl阶段重合,与煤单独热解相比,该阶段的最大失重速率对应的温度逐渐向低温区移动;第二阶段是煤脱挥发分及PVC烯烃链断裂阶段。2、采用了微分法和积分法分别对单独热解和共热解的主要阶段进行了动力学分析。结果表明:单独热解时,PVC的主要热解阶段属于一维扩散模型(D1),HLE的两个主要热解阶段均符合三维扩散Jander方程(D3);共热解第一阶段符合一维扩散模型(D1);第二阶段符合三维扩散Jander方程(D3)。共热解第一阶段活化能(89.26 KJ/mol～23.08 KJ/mol)远小于PVC单独热解(234.33KJ/mol)时的活化能,第二阶段活化能(80.19 KJ/mol～25.64 KJ/mol)与煤单独热解(55.23KJ/mol)时活化能相比,先增加后减少。说明煤与PVC共热解能互相影响,降低反应活化能。3、固定床热解实验结果表明,随着热解温度的升高,HLE和PVC失重量不断增加,气相和液相产物产率随温度升高而增加。HLE热解气相产物主要以CO2、CO和CH4为主,而PVC热解气主要以C2类和CH4为主,这主要是由于PVC中O含量较少。将共热解产物收率的实际值和理论值差值对比后发现,共热解有明显的增油作用。加入PVC后,对气体组分分析可得,C2类和CH4增加明显;对焦油组分分析可得,焦油中烷烃增加了 6.87%,轻质化热解焦油增多,提高了热解焦油的品质。4、通过分析不同温度和不同PVC添加比下氯元素的脱除率和迁移规律可知:气相中的氯元素含量随着热解温度的升高先增加后减小,在终温600℃时,气相中氯开始减小。对煤与PVC共热解后的半焦进行XRF和XRD分析可得,半焦中碱金属氧化物含量逐渐减小,出现金属氯化物。说明PVC中的氯可以与煤中金属氧化物反应生成金属氯化物,以金属盐的形式固定在固相产物中。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ530.2;TQ325.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 废塑料的回收利用
        1.2.1 能量回收
        1.2.2 物理回收
        1.2.3 化学回收
    1.3 PVC脱氯的研究现状
    1.4 煤与PVC共热解
        1.4.1 低阶煤热解研究现状
        1.4.2 PVC热解机理
        1.4.3 煤与PVC共热解
    1.5 动力学研究
    1.6 本论文研究目的及内容
第二章 实验部分
    2.1 样品制备
    2.2 样品的工业分析和元素分析
    2.3 热解实验装置及过程
        2.3.1 热解实验装置
        2.3.2 热解实验步骤
    2.4 氯的分析方法
    2.5 热解产物分析
    2.6 计算公式
第三章 PVC与煤单独热解及共热解动力学研究
    3.1 海拉尔褐煤单独热解及动力学研究
        3.1.1 海拉尔褐煤单独热解特性分析
        3.1.2 海拉尔褐煤热解动力学分析
    3.2 PVC单独热解及动力学研究
        3.2.1 PVC单独热解特性分析
        3.2.2 PVC热解动力学分析
    3.3 海拉尔褐煤与PVC共热解特性分析
    3.4 海拉尔褐煤与PVC共热解TG和DTG曲线实验值与理论值对比
    3.5 共热解动力学分析
    3.6 本章小结
第四章 煤与PVC共热解实验研究
    4.1 海拉尔褐煤和PVC热解实验
        4.1.1 海拉尔褐煤单独热解实验
        4.1.2 PVC单独热解实验
    4.2 共热解产物收率的影响因素
        4.2.1 热解终温的影响
        4.2.2 PVC添加比的影响
    4.3 共热解气体产物分析
        4.3.1 热解终温的影响
        4.3.2 PVC添加比的影响
    4.4 共热解固体产物分析
    4.5 共热解液体产物分析
    4.6 本章小结
第五章 热解过程中氯的迁移变化
    5.1 热解终温对气相中氯含量的影响
    5.2 PVC添加比对气相中氯含量的影响
    5.3 氯在固相产物中的分布规律
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
附录一
致谢
个人简介

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本文编号：2851936