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松木屑与褐煤共气化TG-FTIR实验研究

作　者: 张学斌
导　师: 李少华
学　校: 东北电力大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 生物质煤共气化 TG-FTIR
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

生物质能是清洁的可再生能源，开展生物质与煤共气化技术研发对实现煤的高效清洁利用意义重大。由于生物质与煤共气化过程中产生协同作用的机理尚不明确，尤其是关于共气化过程中气相产物的形成释放机理的研究并不深入。本文在热重红外联用分析仪（TG-FTIR）上进行了松木屑与褐煤的共气化实验，对松木屑、褐煤及其混合物的共气化过程行了分析，研究了掺混比例、升温速率以及反应气氛对共气化过程的影响，着重分析了不同掺混比时松木屑与褐煤共气化的协同性，并对共气化反应主要气相产物的红外谱图分析。通过对各个工况共气化热重曲线的分析，考察了掺混比例、升温速率及反应气氛对共气化特性的影响。松木屑与褐煤共气化挥发分析出阶段DTG曲线存在两个失重峰，第一个失重峰主要是松木屑的气化，而第二个失重峰归因于褐煤的气化；随着升温速率的增大，共气过程的TG曲线及DTG曲线整体向高温侧移动，热重曲线出现温度滞后现象且分辨力逐渐降低，但混合试样的反应活性能强、反应更剧烈；在干燥和预热阶段各反应气氛的热重曲线基本一致，在挥发分析出阶段N₂气氛与CO₂气氛的DTG曲线大部分重合，而空气气氛的DTG曲线与前两者差别较大；通过对热重曲线的RMS和MR值进行分析，发现掺混比为1:1共气化时的焦炭气化阶段协同性最为明显。在共气化气相产物的红外谱图分析中，发现松木屑与褐煤共气化的主要气相产物为H₂O、CH₄、CO和一些有机碳水化合物；随混合试样中松木屑比例的增加，ACO和ACH₄的数值随之降低，CO和CH₄的开始析出时间有所提前；随升温速率的增加，CO和CH₄的初始析出温度不断增加，ACO和ACH₄的数值逐渐减小；不同反应气氛共气化时，CO和CH₄的开始析出时间几乎不变，当反应气氛为二氧化碳时，气化反应中CO析出所用时间最长，且析出量最大，反应气氛为氮气时，气化反应中CH₄析出所用时间最长，且析出量最大。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
主要符号表  12-13
第1章绪论  13-21
  1.1 选题背景与意义  13-14
  1.2 生物质特点及利用现状  14-16
  1.3 生物质与褐煤共气化技术研究现状  16-19
    1.3.1 颗粒接触程度的影响  17
    1.3.2 自由基的影响  17-18
    1.3.3 碱金属的影响  18
    1.3.4 热解特性差异的影响  18-19
  1.4 TG-FTIR 在共气化中的应用  19
  1.5 课题主要研究内容  19-21
第2章气化机理简介  21-26
  2.1 气化的原理  21-24
    2.1.1 基本反应过程及反应分区  21-22
    2.1.2 主要化学反应  22-24
  2.2 影响气化反应的因素  24-26
    2.2.1 反应升温速率  24
    2.2.2 反应气氛  24-25
    2.2.3 反应温度  25-26
第3章实验仪器与实验方案  26-31
  3.1 试验样品的预处理  26-27
  3.2 样品的性质分析  27-28
  3.3 实验仪器  28-29
  3.4 实验方案  29-30
  3.5 本章小结  30-31
第4章共气化的热重分析  31-44
  4.1 掺混比对共气化影响  32-35
  4.2 升温速率对共气化影响  35-36
  4.3 反应气氛对共气化影响  36-38
  4.4 松木屑与褐煤的协同性分析  38-42
    4.4.1 评价参数的定义  38-39
    4.4.2 松木屑与褐煤协同性分析  39-42
  4.5 本章小结  42-44
第5章共气化气相产物的红外分析  44-53
  5.1 共气化三维红外分析  44-46
  5.2 掺混比对气相产物的影响  46-48
  5.3 升温速率对气相产物的影响  48-50
  5.4 反应气氛对气相产物的影响  50-52
  5.5 本章小结  52-53
结论  53-55
参考文献  55-60
攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文  60-61
致谢  61

松木屑与褐煤共气化TG-FTIR实验研究

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