基于物化结构特征的生物质与煤共气化特性研究
发布时间：2021-11-02 17:36
生物质资源丰富,且可再生。将生物质与煤共气化不仅可有效减少SOx、NOx等有害物排放,还可促进碳的完全转化,提高生物质和煤气化效率。开展生物质与煤共气化技术研发对实现煤的高效清洁利用意义重大。由于生物质与煤共气化过程中产生协同作用的机理尚不明确,尤其是关于共气化过程中气相产物的形成释放机理及固体焦样表面物化结构特征的演变规律的研究并不深入,本文在对生物质与煤气化半焦微观形貌及官能团的变化规律进行分析的基础上,从理论和试验两个方面系统的开展褐煤与生物质流化床共气化特性的研究,考察了生物质掺混比、空气当量比等对流化床共气化的影响规律,揭示了生物质与煤共气化的协同作用机制。本文主要从以下几方面开展研究工作：进行了生物质和煤共气化的热分析实验研究,详细研究了升温速率、反应气氛、掺混比例对共气化特性的影响。采用C-R法及DAEM法对生物质与煤共气化动力学特性进行研究,建立了共气化的反应动力学模型,获得了共气化动力学参数,并分析了关键反应阶段活化能的变化趋势,确定了生物质与煤共气化过程协同效应发生的反应阶段。结果表明,褐煤与生物质共气化过程由干燥、预热、挥发分析出和焦炭气化四个阶段组成,共气化在挥...
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 生物质热解气化技术国内外研究现状
1.2.2 生物质与煤共气化技术国内外研究现状
1.2.3 热重-红外联用技术(TG-FTIR)在热化学转化中的应用
1.2.4 生物质焦与煤焦微观形貌及表面官能团演变规律
1.2.5 气化过程数值模拟方法
1.3 课题研究内容及创新点
1.3.1 课题主要研究内容
1.3.2 课题的创新点
第2章 生物质与煤共气化的热分析研究
2.1 实验样品
2.2 实验仪器和实验方法
2.3 实验结果分析
2.3.1 共气化特性分析
2.3.2 共气化协同性分析
2.3.3 气相产物的FTIR分析
2.4 本章小结
第3章 生物质与煤共气化动力学分析
3.1 热分析动力学理论基础
3.1.1 动力学方程
3.1.2 动力学计算方法
3.1.3 气化动力学机理模型介绍
3.2 动力学计算及结果分析
3.2.1 共气化动力学计算
3.2.2 共气化动力学结果分析
3.3 共气化热解段活化能分布
3.4 结论
第4章 半焦表面物理化学特性研究
4.1 焦样制备及实验仪器
4.1.1 焦样制备
4.1.2 实验仪器及操作
4.2 半焦表面微观形貌演化
4.2.1 褐煤不同温度气化半焦微观形貌的演化
4.2.2 松木屑不同温度气化半焦微观形貌的演化
4.3 气化半焦表面官能团演化
4.3.1 FTIR谱峰归属
4.3.2 褐煤气化半焦官能团演化
4.3.3 松木屑气化半焦官能团演化
4.3.4 共气化半焦官能团演化
4.4 本章小结
第5章 生物质与煤流化床共气化试验研究
5.1 试验装置
5.2 试验原料及参数计算方法
5.2.1 试验原料
5.2.2 参数的定义及计算方法
5.2.3 气化基本反应方程
5.3 试验结果分析
5.3.1 掺混比例对生物质和煤共气化的影响
5.3.2 空气当量比(ER)对生物质和煤共气化的影响
5.3.3 水蒸汽燃料质量比S/F对生物质和煤共气化的影响
5.4 本章小节
第6章 生物质与煤流化床共气化特性模拟研究
6.1 ASPEN PLUS简介
6.2 气化模型建立
6.2.1 流化床反应器气化的反应动力学和流体动力学
6.2.2 用ASPEN PLUS模拟共气化的总体思路以及流程图的建立
6.3 影响因素模拟分析
6.3.1 生物质掺混比例的影响
6.3.2 空气当量比(ER)的影响
6.3.3 水蒸汽/燃料质量比(S/F)的影响
6.4 本章小结
第七章 结论和展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质掺混比例对煤气化特性影响的试验研究[J]. 车德勇,李健,李少华,王庆霞. 中国电机工程学报. 2013(05)
[2]生物质焦的表征及其吸附烟气中汞的研究[J]. 尹建军,段钰锋,王运军,王卉,冒咏秋,韦红旗. 燃料化学学报. 2012(04)
[3]生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究[J]. 苏德仁,刘华财,周肇秋,阴秀丽,吴创之. 燃料化学学报. 2012(03)
[4]生物质焦与煤共气化特性研究[J]. 李啸颖,王静松,陈瑞泷,李聪,薛庆国. 有色金属科学与工程. 2012(01)
[5]煤焦与生物质焦共气化反应特性研究[J]. 任海君,张永奇,房倚天,王洋. 燃料化学学报. 2012(02)
[6]木质素热解/炭化官能团演变与焦炭形成[J]. 曹俊,肖刚,许啸,金保昇. 东南大学学报(自然科学版). 2012(01)
[7]基于傅里叶红外光谱的高温煤焦表面化学结构特性分析[J]. 李庆钊,林柏泉,赵长遂,武卫芳. 中国电机工程学报. 2011(32)
[8]生物质热反应机理与活化能确定方法Ⅱ.热解段研究[J]. 陈登宇,朱锡锋. 燃料化学学报. 2011(09)
[9]使用Aspen Plus模拟煤与生物质共气化制费托油[J]. 张伟鹏,孙培勤,王世磊,孙绍晖,陈俊武. 化工时刊. 2011(07)
[10]加压热解对煤焦理化结构特性的影响[J]. 王贤华,徐健,杨海平,陈汉平. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(07)
博士论文
[1]典型煤种热解气化特性研究[D]. 石金明.华中科技大学 2010
[2]生物质热解气化气相产物释放特性和焦结构演化行为研究[D]. 付鹏.华中科技大学 2010
[3]低煤级煤热解模拟过程中主要气态产物的生成动力学及其机理的实验研究[D]. 李美芬.太原理工大学 2009
[4]生物质气化过程中焦油形成的热化学模型[D]. 秦育红.太原理工大学 2009
[5]生物质与煤共热解试验研究[D]. 陈吟颖.华北电力大学（河北） 2007
[6]生物质流化床气化机理与工业应用研究[D]. 陈平.中国科学技术大学 2006
[7]油棕废弃物热解的实验及机理研究[D]. 杨海平.华中科技大学 2005
[8]中国典型动力煤及含氧模型化合物热解过程的化学基础研究[D]. 刘生玉.太原理工大学 2004
硕士论文
[1]生物质与煤炭共热解特性及协同作用的研究[D]. 赵淑蘅.中国林业科学研究院 2012
[2]生物质与煤共热解实验研究[D]. 朱孔远.河南理工大学 2010
[3]煤加氢气化化学反应动力学模型及汞的形态演化机理研究与数值模拟[D]. 李鸣扬.北京交通大学 2009
[4]紫茎泽兰茎干的热解气化研究[D]. 李雪瑶.中国林业科学研究院 2009
[5]生物质流化床气化制取富氢燃气试验系统设计与试验结果[D]. 李伟振.江苏大学 2009
[6]煤与生物质共气化的特性研究[D]. 杨毅栎.华北电力大学（河北） 2009
[7]木质类生物质催化热解动力学研究[D]. 杜海清.黑龙江大学 2008
[8]生物质与煤气化过程热力学分析[D]. 吴志斌.太原理工大学 2007
[9]生物质流化床气化实验研究与模拟[D]. 赵向富.华中科技大学 2006
[10]生物质热解动力学研究[D]. 王新运.安徽理工大学 2006
本文编号：3472144
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 生物质热解气化技术国内外研究现状
1.2.2 生物质与煤共气化技术国内外研究现状
1.2.3 热重-红外联用技术(TG-FTIR)在热化学转化中的应用
1.2.4 生物质焦与煤焦微观形貌及表面官能团演变规律
1.2.5 气化过程数值模拟方法
1.3 课题研究内容及创新点
1.3.1 课题主要研究内容
1.3.2 课题的创新点
第2章 生物质与煤共气化的热分析研究
2.1 实验样品
2.2 实验仪器和实验方法
2.3 实验结果分析
2.3.1 共气化特性分析
2.3.2 共气化协同性分析
2.3.3 气相产物的FTIR分析
2.4 本章小结
第3章 生物质与煤共气化动力学分析
3.1 热分析动力学理论基础
3.1.1 动力学方程
3.1.2 动力学计算方法
3.1.3 气化动力学机理模型介绍
3.2 动力学计算及结果分析
3.2.1 共气化动力学计算
3.2.2 共气化动力学结果分析
3.3 共气化热解段活化能分布
3.4 结论
第4章 半焦表面物理化学特性研究
4.1 焦样制备及实验仪器
4.1.1 焦样制备
4.1.2 实验仪器及操作
4.2 半焦表面微观形貌演化
4.2.1 褐煤不同温度气化半焦微观形貌的演化
4.2.2 松木屑不同温度气化半焦微观形貌的演化
4.3 气化半焦表面官能团演化
4.3.1 FTIR谱峰归属
4.3.2 褐煤气化半焦官能团演化
4.3.3 松木屑气化半焦官能团演化
4.3.4 共气化半焦官能团演化
4.4 本章小结
第5章 生物质与煤流化床共气化试验研究
5.1 试验装置
5.2 试验原料及参数计算方法
5.2.1 试验原料
5.2.2 参数的定义及计算方法
5.2.3 气化基本反应方程
5.3 试验结果分析
5.3.1 掺混比例对生物质和煤共气化的影响
5.3.2 空气当量比(ER)对生物质和煤共气化的影响
5.3.3 水蒸汽燃料质量比S/F对生物质和煤共气化的影响
5.4 本章小节
第6章 生物质与煤流化床共气化特性模拟研究
6.1 ASPEN PLUS简介
6.2 气化模型建立
6.2.1 流化床反应器气化的反应动力学和流体动力学
6.2.2 用ASPEN PLUS模拟共气化的总体思路以及流程图的建立
6.3 影响因素模拟分析
6.3.1 生物质掺混比例的影响
6.3.2 空气当量比(ER)的影响
6.3.3 水蒸汽/燃料质量比(S/F)的影响
6.4 本章小结
第七章 结论和展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质掺混比例对煤气化特性影响的试验研究[J]. 车德勇,李健,李少华,王庆霞. 中国电机工程学报. 2013(05)
[2]生物质焦的表征及其吸附烟气中汞的研究[J]. 尹建军,段钰锋,王运军,王卉,冒咏秋,韦红旗. 燃料化学学报. 2012(04)
[3]生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究[J]. 苏德仁,刘华财,周肇秋,阴秀丽,吴创之. 燃料化学学报. 2012(03)
[4]生物质焦与煤共气化特性研究[J]. 李啸颖,王静松,陈瑞泷,李聪,薛庆国. 有色金属科学与工程. 2012(01)
[5]煤焦与生物质焦共气化反应特性研究[J]. 任海君,张永奇,房倚天,王洋. 燃料化学学报. 2012(02)
[6]木质素热解/炭化官能团演变与焦炭形成[J]. 曹俊,肖刚,许啸,金保昇. 东南大学学报(自然科学版). 2012(01)
[7]基于傅里叶红外光谱的高温煤焦表面化学结构特性分析[J]. 李庆钊,林柏泉,赵长遂,武卫芳. 中国电机工程学报. 2011(32)
[8]生物质热反应机理与活化能确定方法Ⅱ.热解段研究[J]. 陈登宇,朱锡锋. 燃料化学学报. 2011(09)
[9]使用Aspen Plus模拟煤与生物质共气化制费托油[J]. 张伟鹏,孙培勤,王世磊,孙绍晖,陈俊武. 化工时刊. 2011(07)
[10]加压热解对煤焦理化结构特性的影响[J]. 王贤华,徐健,杨海平,陈汉平. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(07)
博士论文
[1]典型煤种热解气化特性研究[D]. 石金明.华中科技大学 2010
[2]生物质热解气化气相产物释放特性和焦结构演化行为研究[D]. 付鹏.华中科技大学 2010
[3]低煤级煤热解模拟过程中主要气态产物的生成动力学及其机理的实验研究[D]. 李美芬.太原理工大学 2009
[4]生物质气化过程中焦油形成的热化学模型[D]. 秦育红.太原理工大学 2009
[5]生物质与煤共热解试验研究[D]. 陈吟颖.华北电力大学（河北） 2007
[6]生物质流化床气化机理与工业应用研究[D]. 陈平.中国科学技术大学 2006
[7]油棕废弃物热解的实验及机理研究[D]. 杨海平.华中科技大学 2005
[8]中国典型动力煤及含氧模型化合物热解过程的化学基础研究[D]. 刘生玉.太原理工大学 2004
硕士论文
[1]生物质与煤炭共热解特性及协同作用的研究[D]. 赵淑蘅.中国林业科学研究院 2012
[2]生物质与煤共热解实验研究[D]. 朱孔远.河南理工大学 2010
[3]煤加氢气化化学反应动力学模型及汞的形态演化机理研究与数值模拟[D]. 李鸣扬.北京交通大学 2009
[4]紫茎泽兰茎干的热解气化研究[D]. 李雪瑶.中国林业科学研究院 2009
[5]生物质流化床气化制取富氢燃气试验系统设计与试验结果[D]. 李伟振.江苏大学 2009
[6]煤与生物质共气化的特性研究[D]. 杨毅栎.华北电力大学（河北） 2009
[7]木质类生物质催化热解动力学研究[D]. 杜海清.黑龙江大学 2008
[8]生物质与煤气化过程热力学分析[D]. 吴志斌.太原理工大学 2007
[9]生物质流化床气化实验研究与模拟[D]. 赵向富.华中科技大学 2006
[10]生物质热解动力学研究[D]. 王新运.安徽理工大学 2006
本文编号：3472144
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