熱解壓力和升溫速率對煤焦和生物質(zhì)焦結構及氧化反應性的影響.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭消耗急劇增加，導致高品質(zhì)煤儲量逐漸減少，生物質(zhì)作為一種可再生資源對緩解能源緊缺有著積極的作用。諸多煤和生物質(zhì)的熱化學轉化技術中，熱解是具有共性的基礎且重要的過程，熱解半焦的結構特征是其反應性的決定因素。熱解條件影響揮發(fā)分的產(chǎn)物分布和煤焦的物化性質(zhì)，進而影響焦的反應活性。其中，升溫速率和熱解壓力分別影響熱解過程中脫揮發(fā)分過程和揮發(fā)分逸出過程，改變半焦的物化結構及其反應性，影響氣化爐的運行，而煤氣化高溫高壓的發(fā)展

2、現(xiàn)狀促使對煤的快速熱解和加壓熱解進行深入研究。因此，研究升溫速率和熱解壓力對煤焦和生物質(zhì)焦結構及反應性的影響對煤和生物質(zhì)的共利用至關重要。
　　本研究課題以煤（褐煤、煙煤）和生物質(zhì)（玉米秸稈）為原料，利用兩段式固定床反應器分別在不同升溫速率和熱解壓力下制備焦樣，通過焦樣的比表面積、表面形貌、碳微晶結構和化學結構及其等溫氧化反應性的表征，對比分析熱解壓力和升溫速率對焦樣物化結構及其反應性的影響，并進一步探討熱解壓力和升溫速率對煤和生

3、物質(zhì)熱解過程中揮發(fā)分二次反應的影響，主要結論歸納如下：
　　（1）升溫速率的提高，褐煤、煙煤和生物質(zhì)的焦產(chǎn)率均降低，焦樣的比表面積和缺陷結構增加，同時焦樣的石墨化程度降低，這些焦樣結構上的改變使得高升溫速率熱解所得褐煤焦、煙煤焦和生物質(zhì)焦反應性增加。生物質(zhì)焦表面粗糙程度和碳微晶結構隨升溫速率變化的幅度較褐煤焦和煙煤焦更為明顯，且升溫速率的改變對生物質(zhì)焦反應性的影響更大，主要是因為生物質(zhì)本身的氧含量、H/C原子比以及堿金屬及堿土金屬

4、含量（尤其是K）較褐煤和煙煤的高。
　　（2）慢速熱解過程中隨著壓力的升高，褐煤、煙煤和生物質(zhì)的焦產(chǎn)率略微提高；褐煤焦和生物質(zhì)焦的比表面積隨著壓力的增高而降低，煙煤焦的比表面積呈無規(guī)律變化；熱解壓力的提高使得煤焦和生物質(zhì)焦表面結構更加致密，平整度增加，缺陷結構減少；隨著壓力的提高，焦樣的碳微晶結構更為規(guī)整，芳香度增大，化學結構趨于穩(wěn)定，石墨化程度升高，這主要是因為較高的熱解壓力增大揮發(fā)分的擴散阻力，使得熱解過程中揮發(fā)分的二次反應更

5、為劇烈，最終使得煤焦和生物質(zhì)焦的反應性隨壓力的增加而降低。
　?。?）熱解壓力通過影響快速熱解過程中的揮發(fā)分的釋放影響煤焦和生物質(zhì)焦的孔隙結構、表面形貌和碳微晶結構，進而影響焦樣的氧化反應性。高升溫速率下隨著壓力的升高，褐煤、煙煤和生物質(zhì)的焦產(chǎn)率增大，且生物質(zhì)增大的趨勢最為明顯；褐煤焦和生物質(zhì)焦的比表面積呈現(xiàn)降低趨勢，而煙煤焦反而呈現(xiàn)增大的趨勢；煤焦和生物質(zhì)焦的表面更加致密緊湊，顆粒分布較為均勻，表面更為平整，缺陷結構減少；熱解壓