生物質(zhì)與煤炭共熱解特性及協(xié)同作用的研究.pdf

1、能源是人類社會生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物質(zhì)資源與煤炭資源都是我國能源的重要組成部分，并且二者有許多相似的性質(zhì)，將生物質(zhì)與煤炭以共熱解及共氣化的形式進行利用符合我國的能源特點，可以緩解能源緊張，改善環(huán)境條件，提高生物質(zhì)資源的利用率。研究生物質(zhì)與煤炭在共熱解過程中的熱解特性以及二者協(xié)同作用的大小可以為更好地共同利用這兩種資源提供一定的理論基礎(chǔ)。本文以稻殼與褐煤為原料，采用多種方法對二者按照不同比例進行共熱解時的熱解特性及協(xié)同作用進行分析。本

2、論文主要內(nèi)容和研究成果歸納如下：
　　1、利用熱重分析方法對稻殼與褐煤單獨熱解及共熱解過程進行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稻殼與褐煤單獨熱解過程中主要熱解階段的溫度范圍有相互重疊部分，所以二者存在發(fā)生協(xié)同作用的可能性；稻殼與褐煤按照2:8比例進行共熱解時，熱失重程度有所加深，推測該條件下二者協(xié)同作用最明顯。不同升溫速率對熱解過程有一定的影響，在較低升溫速率條件下，稻殼與褐煤相互作用時間增加，協(xié)同作用相對較明顯。利用TG-DSC對稻殼與褐煤單獨

3、熱解及共熱解過程的熱量變化進行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者共熱解時的吸放熱規(guī)律與單獨熱解過程有所不同，在共熱解過程中的高溫階段需吸收大量熱量；即二者在共熱解過程中存在著復雜的熱量交換與相互影響。
　　2、分別選用Coats-Redfern積分法、Kissinger微分法和DAEM法對稻殼與褐煤單獨熱解及共熱解過程進行動力學分析。對比發(fā)現(xiàn)，DAEM法最適于對共熱解過程的動力學特性分析。由該方法計算得到的熱解活化能隨著原料轉(zhuǎn)化率的升高，大體都呈

4、現(xiàn)升高-平穩(wěn)-升高的趨勢；其中，稻殼熱解平均活化能約為180 kJ/mol，褐煤熱解平均活化能約為290 kJ/mol，而共熱解過程的平均活化能隨稻殼在原料中所占比例不同而有所差異，約為180~190 kJ/mol，遠小于褐煤單獨熱解過程所需活化能。
　　3、利用氣相色譜在線分析及熱重紅外聯(lián)用技術(shù)對稻殼與褐煤慢速共熱解過程的產(chǎn)物進行分析；結(jié)合文獻報道中對生物質(zhì)與煤炭單獨熱解過程機理的分析，對共熱解過程的機理進行一定的探討。通過研究

5、發(fā)現(xiàn)，稻殼與褐煤慢速共熱解過程的氣體產(chǎn)物總量相對于單獨熱解過程有所增加，氣體產(chǎn)物組分發(fā)生變化。此外，升溫速率對共熱解產(chǎn)物有一定的影響。并推測生物質(zhì)與煤炭在共熱解過程中存在協(xié)同作用主要是由于生物質(zhì)中的一些元素氧化物如SiO2等對煤炭黏結(jié)成焦過程有抑制作用，從而促進了煤炭的進一步分解；并且在慢速共熱解過程中生物質(zhì)相對于煤炭先產(chǎn)生 H2，而 H2的存在抑制了煤炭在高溫時的縮合反應(yīng)，從而促進了其裂解反應(yīng)的發(fā)生。
　　4、利用管式爐及氣相色

6、譜對稻殼與褐煤快速共熱解及加水快速共熱解過程的氣體產(chǎn)物進行研究。探討原料添加水對快速共熱解過程中稻殼與褐煤之間相互作用的影響，并確定加水量對快速共熱解氣體產(chǎn)物影響的大小。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)快速共熱解過程中氣體產(chǎn)物得率相對于二者單獨熱解有所增加，但增加不明顯。在加水條件下稻殼與褐煤單獨快速熱解過程的氣體得率變化不明顯；但共熱解過程的氣體產(chǎn)物得率卻有明顯增加，由此確定加水使得二者在快速共熱解過程中的協(xié)同作用增強。隨著加水量增加，快速共熱解氣體產(chǎn)物