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生物质与低阶煤低温共热解转化研究

作　者: 潘叶
导　师: 何选明
学　校: 武汉科技大学
专　业: 化学工艺
关键词: 低阶煤生物质共热解气质联用热重分析
分类号: TQ530.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在我国丰富的煤炭资源中，褐煤、长焰煤、不黏煤等低阶煤储量约占煤炭总储量的40％以上。由于低阶煤H/C（原子比）和挥发分高，通过低温干馏可获得附加值较高的煤焦油。而生物质作为一种富氢物质，具有储量大、成本低、可再生、并可实现CO₂零排放等优点，但其单独利用率低。基于以上特点，将两者进行共热解时，提前热解的生物质可作为一种廉价的供氢剂，替代传统煤加氢热解工艺中的H₂发生加氢反应，在提高煤的转化率同时，降低生产成本，实现低温煤焦油的轻质化。本实验以浮萍与长焰煤为原料，采用煤干馏实验装置对两者进行低温共热解实验研究，对不同掺混比例下的液体产物煤焦油进行GC-MS检测，研究生物质添加量变化对煤焦油轻质化的影响。并从动力学角度，采用热重分析仪及动力学模型，分析共热解时热重曲线变化规律，求得热解参数，进而探讨两者共热解的协同作用机理。研究表明：（1）随着混合样中生物质的掺混比例增加，焦油产率逐渐增大，当生物质的掺混比例为40%时，焦油产率由8.74%增大到18.58%，且焦油中直链烷烃，以及一些高附加值的化合物如：萘、酚、苯、芴等含量不断增大，实现了低温煤焦油中高附加值化工产品的富集。（2）从TG-DTG曲线可以看出，随着生物质掺混比例的增大，样品失重率也逐渐增大，TG曲线逐渐向低温区移动，热解起始温度提前。当生物质的掺混比例低于30%时，样品失重量比理论值大，两者之间存在有利的协同作用，促使了样品向热解方向进行，且这些协同作用均在高温处较为明显；当生物质掺混比例高于30%，样品失重量比理论值小，两者之间的协同作用越来越弱，甚至可能抑制样品向热解方向的进行。（3）随着生物质掺混比例的增大，混合后热解表观活化能和指前因子明显减小，热解所需能量逐渐降低，系统反应速率加快，热分解动力学模型符合一级动力学方程。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-22
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 煤炭的分类、低阶煤的利用及其新动向  9-11
    1.2.1 煤炭的分类  9-10
    1.2.2 低阶煤的利用  10-11
  1.3 低温煤焦油的性质及加工现状  11-15
    1.3.1 精细化工路线  13-14
    1.3.2 延迟焦化路线  14
    1.3.3 加氢路线  14-15
  1.4 煤焦油的分析方法  15-16
  1.5 生物质的利用  16-18
    1.5.1 生物质的种类及其特点  16
    1.5.2 生物质能主要利用途径  16-18
  1.6 煤与生物质共热解研究现状  18-20
  1.7 研究内容及技术路线  20-22
    1.7.1 研究内容  20-21
    1.7.2 实验技术路线  21-22
第二章实验研究  22-28
  2.1 实验试剂与仪器  22-23
  2.2 实验原料  23
  2.3 煤与生物质低温干馏实验  23-26
    2.3.1 铝甑低温干馏实验方法  23-24
    2.3.2 干馏总水分的测量方法  24-25
    2.3.3 焦油脱水处理方法  25
    2.3.4 焦油的成分检测方法  25-26
  2.4 煤与生物质共热解实验  26-28
    2.4.1 热重分析条件  26
    2.4.2 动力学分析方法  26-28
第三章结果与讨论  28-43
  3.1 低温干馏实验  28-34
    3.1.1 共热解产物得率与分布  28-29
    3.1.2 焦油气质联用检测结果与分析  29-32
    3.1.3 共热解对固体产物的影响  32-34
  3.2 动力学研究  34-43
    3.2.1 煤、生物质单独热解过程  34-36
    3.2.2 煤与生物质混合热解  36-40
      3.2.2.1 生物质与煤混合热解总体过程  36-38
      3.2.2.2 生物质与煤混合热解失重的实验对比  38-40
    3.2.3 混合样热解动力学参数研究  40-43
第四章结论与展望  43-44
  4.1 全文结论  43
  4.2 研究展望  43-44
参考文献  44-48
硕士期间发表的论文  48-49
致谢  49-50
详细摘要  50-53

生物质与低阶煤低温共热解转化研究

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