煤-生物質(zhì)共氣化過程中生物質(zhì)熱解揮發(fā)分與煤焦相互作用的研究.pdf

1、煤和生物質(zhì)共氣化作為一種新興的能源利用技術(shù)，既可以緩解煤炭利用過程中 CO2的排放問題又可以彌補(bǔ)煤炭單獨(dú)氣化過程中氫元素不足的缺陷，節(jié)水減排優(yōu)勢明顯，具有潛在的工業(yè)應(yīng)用前景。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，生物質(zhì)高揮發(fā)分的特點(diǎn)也把一直困擾生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展的焦油問題帶入到了煤/生物質(zhì)共氣化過程當(dāng)中，成為發(fā)展共氣化技術(shù)不得不考慮的重要問題。生物質(zhì)富含揮發(fā)分而煤的固定碳含量較高，因此，生物質(zhì)中未轉(zhuǎn)化成氣體的揮發(fā)分最終以焦油的形式釋放。由于焦油會造成

2、管道堵塞、設(shè)備腐蝕，因此，了解生物質(zhì)焦油的形成來源、在共氣化環(huán)境下的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律和影響因素對焦油釋放控制具有重要的指導(dǎo)意義。在煤和生物質(zhì)共氣化過程中，生物質(zhì)一次熱解揮發(fā)分會與煤焦發(fā)生相互作用，因此，焦油的產(chǎn)率和性質(zhì)很大程度上與揮發(fā)分在煤焦表面的二次反應(yīng)有關(guān)。
　　本論文從生物質(zhì)基本組成出發(fā)，以生物質(zhì)主要組分中的纖維素和木質(zhì)素為原料，在兩段式固定床反應(yīng)器上研究了生物質(zhì)熱解揮發(fā)分與晉城無煙煤焦之間的相互作用。上段生物質(zhì)（纖維素，木質(zhì)素

3、）熱解的反應(yīng)溫度固定為500℃。首先，考察了下段反應(yīng)器不同反應(yīng)溫度（600-900℃）下，二次反應(yīng)對纖維素?zé)峤鈸]發(fā)分的分解作用。實(shí)驗(yàn)過程中，下段反應(yīng)器采用了三種不同的反應(yīng)模式，分別是：下段空管加熱的熱裂解模式，主要為了研究熱效應(yīng)對揮發(fā)分的裂解行為，反應(yīng)類型為氣相的均相反應(yīng)；下段預(yù)先加2g煤焦的催化裂解模式，煤焦被作為促進(jìn)揮發(fā)分裂解的催化劑；下段預(yù)先加2g煤焦并通水蒸汽作為氣化劑（流速150 mL/min）的催化重整模式。在得到反應(yīng)環(huán)境對

4、纖維素?fù)]發(fā)分分解影響的基礎(chǔ)上，對比研究了不同溫度下，煤焦對不同化學(xué)組成的生物質(zhì)原料纖維素和木質(zhì)素?zé)峤鈸]發(fā)分的催化重整作用。主要考察了焦油在不同反應(yīng)條件下的產(chǎn)率以及組成結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。同時，分析了與生物質(zhì)揮發(fā)分發(fā)生相互作用前后，煤焦的比表面積和氣化反應(yīng)性的變化情況。主要得出以下結(jié)論：
　　1.纖維素一次熱解揮發(fā)分的反應(yīng)性較高，當(dāng)反應(yīng)溫度低于700℃時，催化裂解和催化重整模式下焦油的產(chǎn)率低于熱裂解模式，說明催化裂解和催化重整對揮發(fā)分的

5、分解有促進(jìn)作用；反應(yīng)溫度高于700℃時，三種反應(yīng)模式下焦油產(chǎn)率基本一致，說明在高溫下均相反應(yīng)起主導(dǎo)作用。
　　2.隨著下段反應(yīng)溫度升高，新鮮的纖維素?zé)峤鈸]發(fā)分經(jīng)過脫水反應(yīng)和芳構(gòu)化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為芳香類化合物，而隨著重整反應(yīng)的發(fā)生，芳香類化合物也逐漸被消耗。因此，揮發(fā)分中芳香類化合物的形成和消耗是同時進(jìn)行的。在高溫下（900℃），催化裂解和催化重整模式下所得焦油中芳香類化合物的產(chǎn)率比熱裂解模式低，說明無煙煤焦對揮發(fā)分中芳香類化合物的裂解有