煤-生物質共氣化過程中生物質熱解揮發(fā)分與煤焦相互作用的研究.pdf

1、煤和生物質共氣化作為一種新興的能源利用技術，既可以緩解煤炭利用過程中 CO2的排放問題又可以彌補煤炭單獨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)應用前景。然而，在實際應用過程中，生物質高揮發(fā)分的特點也把一直困擾生物質氣化技術發(fā)展的焦油問題帶入到了煤/生物質共氣化過程當中，成為發(fā)展共氣化技術不得不考慮的重要問題。生物質富含揮發(fā)分而煤的固定碳含量較高，因此，生物質中未轉化成氣體的揮發(fā)分最終以焦油的形式釋放。由于焦油會造成

2、管道堵塞、設備腐蝕，因此，了解生物質焦油的形成來源、在共氣化環(huán)境下的結構演化規(guī)律和影響因素對焦油釋放控制具有重要的指導意義。在煤和生物質共氣化過程中，生物質一次熱解揮發(fā)分會與煤焦發(fā)生相互作用，因此，焦油的產率和性質很大程度上與揮發(fā)分在煤焦表面的二次反應有關。
　　本論文從生物質基本組成出發(fā)，以生物質主要組分中的纖維素和木質素為原料，在兩段式固定床反應器上研究了生物質熱解揮發(fā)分與晉城無煙煤焦之間的相互作用。上段生物質（纖維素，木質素

3、）熱解的反應溫度固定為500℃。首先，考察了下段反應器不同反應溫度（600-900℃）下，二次反應對纖維素熱解揮發(fā)分的分解作用。實驗過程中，下段反應器采用了三種不同的反應模式，分別是：下段空管加熱的熱裂解模式，主要為了研究熱效應對揮發(fā)分的裂解行為，反應類型為氣相的均相反應；下段預先加2g煤焦的催化裂解模式，煤焦被作為促進揮發(fā)分裂解的催化劑；下段預先加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。在得到反應環(huán)境對

4、纖維素揮發(fā)分分解影響的基礎上，對比研究了不同溫度下，煤焦對不同化學組成的生物質原料纖維素和木質素熱解揮發(fā)分的催化重整作用。主要考察了焦油在不同反應條件下的產率以及組成結構的變化規(guī)律。同時，分析了與生物質揮發(fā)分發(fā)生相互作用前后，煤焦的比表面積和氣化反應性的變化情況。主要得出以下結論：
　　1.纖維素一次熱解揮發(fā)分的反應性較高，當反應溫度低于700℃時，催化裂解和催化重整模式下焦油的產率低于熱裂解模式，說明催化裂解和催化重整對揮發(fā)分的

5、分解有促進作用；反應溫度高于700℃時，三種反應模式下焦油產率基本一致，說明在高溫下均相反應起主導作用。
　　2.隨著下段反應溫度升高，新鮮的纖維素熱解揮發(fā)分經過脫水反應和芳構化反應轉化為芳香類化合物，而隨著重整反應的發(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