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生物质与煤共气化特性的研究

作　者: 郝巧铃
导　师: 李凡
学　校: 太原理工大学
专　业: 工业催化
关键词: 生物质煤热解共气化水蒸气 Pro/Ⅱ
分类号: TQ541
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

生物质能是清洁的可再生能源。随着化石能源供应的日益紧张,世界各国对生物质能源研究开发和利用引起了高度关注。生物质能在中国储量丰富,合理开发利用对解决我国能源短缺现状有重要意义。近年来,生物质逐步被用作气化原料,但单独气化时存在较多缺点而使其发展受到了限制。将生物质与煤共气化既能克服生物质单独气化过程中的各种弊端,又可弥补化石资源的短缺,无论从生态学还是经济学的角度分析,都是最可行的利用方式之一。生物质和煤共气化是由共热解及其混合焦共气化两个主要过程组成,本文利用热重分析仪和Pro/Ⅱ化工流程模拟软件研究了玉米秸秆(JG)、杨木屑(MX)两种生物质与平朔煤(PS)和伊宁煤(YN)分别按不同比例掺混共热解、共气化的特性。首先考察了不同生物质与煤共热解、共气化的基本特性,选择了生物质与煤共热解适合的反应动力学模型,并求出反应动力学参数；其次研究了不同生物质种类、掺混比例以及不同热解终温等条件对生物质与煤共热解、共气化特性的影响规律；最后用Pro/Ⅱ化工流程模拟软件模拟了生物质与煤在水蒸气气氛下的共气化过程,讨论了不同温度、不同压力、不同配比的情况下,生物质与煤共气化产物中气体组分的变化规律。得到主要结论如下：(1)生物质与煤的热解特性具有差异较大,与煤相比,生物质热解时挥发分析出速率快,热解温度低,固体产率(玉米秸秆、杨木屑分别为7%、9%)远小于伊宁煤(55%)和平朔煤(64%)。(2)平朔煤与不同比例的玉米秸秆混合共热解的总体热解特性对应于不同阶段玉米秸秆与平朔煤的挥发分析出特性。玉米秸秆的加入对平朔煤半焦产率的影响不大,实验值与理论计算值差值小于5%,二者无协同作用的发生。(3)伊宁煤与不同比例的杨木屑混合共热解过程中有协同效应发生,杨木屑促进了气体产物总量的生成,降低了热解半焦产率。其中杨木屑灰中的碱金属化合物是共热解过程中发生协同效应的重要因素。(4)在相同的反应条件下,生物质焦水蒸气气化反应速率明显高于煤焦,两种生物质焦及两种煤焦的水蒸气反应活性由高到低的顺序为：玉米秸秆焦>杨木屑焦>伊宁煤焦>平朔煤焦。(5)30%木屑与70%伊宁煤的混合焦(MX30%YN70%)进行水蒸气气化反应(气化温度区间为800℃-1000℃),碳转化率的计算值均大于实验值,杨木屑抑制了MX30%YN70%混合焦与水蒸气的实际气化反应速率。(6)杨木屑与伊宁煤共气化过程中,H2,CO,CH4和CO2等气体组分的含量随气化温度、压力以及生物质掺混比例的改变而发生变化。气化温度升高时,CH4含量减少,H2、CO含量增加；气化压力增加,CH4产率增大,合成气中主要有效气体成分(CO+H2)减少；随着杨木屑比例增加,H2、CO及CH4的含量减小,CO2的含量增加,氢碳比值(H2/CO)从1.04提高到1.20,为合成下游产品所需气体比例的调节提供有效途径。

生物质与煤共气化特性的研究

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