煤与生物质加压热解及协同作用研究

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面对中国富煤贫油少气、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中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0.1-2.0MPa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CH4、C2-C3、CO2含量升高而CO、H2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CO2、CO、H2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。
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