生物質(zhì)與煤共氣化及其協(xié)同作用的實驗研究.pdf

1、生物質(zhì)經(jīng)過低溫?zé)峤忸A(yù)處理后與煤進(jìn)行共氣化是生物質(zhì)能源大規(guī)模、高效利用的有效途徑。在高溫氣流床煤氣化爐中，共氣化能夠解決生物質(zhì)單獨氣化的若干不利因素。本文圍繞這一創(chuàng)新技術(shù)路線的基本問題，對生物質(zhì)低溫?zé)峤忸A(yù)處理進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗研究和機(jī)理分析，從生物質(zhì)與煤在共氣化過程中的相互作用出發(fā)，重點研究了生物質(zhì)中堿金屬的遷移及其共氣化協(xié)同作用中的催化作用。研究成果為生物質(zhì)低溫?zé)峤忸A(yù)處理的優(yōu)化設(shè)計以及生物質(zhì)與煤共氣化技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

2、
　　本論文主要采用固定床熱解反應(yīng)器、熱棒反應(yīng)器、熱重和沉降管爐氣化試驗臺，結(jié)合FTIR、X射線光電子能譜儀(XPS)和SEM-EDS能譜，對生物質(zhì)低溫?zé)峤饧皦A金屬遷移規(guī)律、生物質(zhì)與煤共氣化過程的相互作用、協(xié)同作用的堿金屬催化作用機(jī)理等關(guān)鍵問題，進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　選取典型的秸稈類生物質(zhì)——稻稈為原料，采用固定床熱解裝置和熱棒反應(yīng)器進(jìn)行低溫?zé)峤忸A(yù)處理實驗研究，在惰性氣氛下200～300℃加熱30min，對熱解產(chǎn)物包括稻稈

3、熱解固體產(chǎn)物、揮發(fā)分產(chǎn)物進(jìn)行了分析，并綜合考慮低溫?zé)峤膺^程的能量保有率、可磨性變化和堆積體積變化，與原始稻稈進(jìn)行了比較，為低溫?zé)峤忸A(yù)處理提供最佳工藝參數(shù)。同時測試了稻稈在不同熱解溫度下的固體產(chǎn)物中堿金屬含量變化，通過檢測稻稈熱解固體產(chǎn)物官能團(tuán)及表面元素形態(tài)，揭示了稻稈中有機(jī)結(jié)合堿金屬和無機(jī)堿金屬的遷移規(guī)律。
　　采用熱重實驗方法研究了稻稈熱解固體產(chǎn)物與神府煤共氣化中的協(xié)同作用，依據(jù)兩種燃料單獨氣化的熱重曲線進(jìn)行加權(quán)平均，獲得不考慮

4、相互作用的計算失重曲線，然后與混合燃料的實驗熱重曲線進(jìn)行比較，分析相應(yīng)的氣化反應(yīng)性指標(biāo)。研究結(jié)果表明，稻稈熱解固體產(chǎn)物與神府煤在共氣化階段存在明顯的協(xié)同作用，氣化反應(yīng)速率提高，氣化反應(yīng)結(jié)束溫度降低。在熱重上進(jìn)行了稻稈灰和碳酸鉀對煤氣化反應(yīng)的影響研究，驗證了堿金屬在共氣化協(xié)同作用中的關(guān)鍵作用。通過非等溫氣化實驗發(fā)現(xiàn)共氣化中協(xié)同作用的主要原因是稻稈灰中的堿金屬鹽催化作用，當(dāng)溫度達(dá)到800℃以上，稻稈灰發(fā)生熔融，堿金屬鹽成為熔融鹽離子液體，這

5、種離子液體被煤焦所吸附從而發(fā)生催化氣化反應(yīng)，堿金屬鹽與氣化劑形成活性中間體將氣化劑中的氧以更快捷的方式傳輸?shù)教蓟钚晕弧?br>　　搭建了沉降管爐氣化實驗臺，模擬實際氣化爐中高溫、高升溫速率的反應(yīng)條件，進(jìn)行了稻稈焦與煤焦的共氣化實驗。稻稈焦、煤焦及其混合物分別在1200℃、1300℃和1400℃下與CO2/H2O進(jìn)行等溫氣化。實驗結(jié)果表明氣流床氣化條件下稻稈焦與煤焦的共氣化也存在明顯的協(xié)同作用。結(jié)合熱解過程中堿金屬遷移規(guī)律的研究結(jié)果，對煤