生物質焦油與鐵礦粉共熱解直接還原煉鐵研究.pdf

1、焦油問題一直是制約生物質高值化利用的瓶頸問題。焦油的存在不僅會降低氣化效率，造成能量浪費，其在輸氣管道中冷凝與不完全燃燒還會導致磨損和腐蝕，影響氣化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。在綜述國內外生物質焦油脫除及催化劑研究現(xiàn)狀的基礎上，本文創(chuàng)新性地提出將焦油裂解與鐵礦還原相耦合，利用鐵氧化物的氧化作用以及還原金屬鐵的催化作用促進焦油降解轉化，同時強化鐵礦還原，從而為生物質焦油高值化利用及鋼鐵行業(yè)“綠色煉鐵”提供一條新的科學思路。
　　由于生物質

2、焦油成分復雜，本文選取香草醛、萘、鄰苯二酚具有代表性組分作為焦油模型化合物，開展焦油降解耦合鐵礦還原的實驗研究，探討不同因素（焦油組分、裂解溫度、物料配比、鐵礦粉粒徑）對耦合反應過程的影響規(guī)律，明確焦油降解與鐵礦還原的最優(yōu)匹配關系;運用Coats-Redfern積分法對熱重實驗數(shù)據(jù)進行線性擬合計算，求得不同反應過程的相關動力學參數(shù)。得到以下結論:
　　(1)單因素實驗中，提高反應溫度，焦油模型化合物轉化率以及相應的鐵礦還原度均隨之

3、逐漸增加;焦油模型化合物與鐵礦粉的物料配比在0.6～1.4范圍內，改變物料配比，焦油模型化合物轉化率及鐵礦粉還原度均呈先增加后減少的趨勢;選取不同粒徑范圍的鐵礦粉進行實驗，結果顯示鐵礦粉粒徑對萘轉化率影響顯著，而對香草醛與鄰苯二酚轉化率影響甚微。
　　相同條件對比三種模型化合物的裂解實驗，可以得出鐵礦粉對三種模型化合物的催化活性大小為萘＞香草醛＞鄰苯二酚，三種模型化合物參與反應得到的還原鐵產(chǎn)品，其還原度大小為萘＞香草醛＞鄰苯二酚。

4、
　　(2)通過正交實驗得出焦油模型化合物降解耦合鐵礦還原的最佳工況參數(shù)。①香草醛:裂解溫度900℃，裂解時間40min，鐵礦粉粒徑＜74μm，物料配比1.2。此實驗條件下，香草醛轉化率與鐵礦粉還原度均達到最大值，分別為70.0％、48.7％。②萘:裂解溫度800℃，裂解時間40min，鐵礦粉粒徑98μm～200μm，物料配比0.8，此條件下萘的轉化率為74.9％，鐵礦粉還原度37.4％。③鄰苯二酚:裂解溫度900℃，裂解時間40

5、min，鐵礦粉粒徑＜74μm，物料配比1.2，此條件下鄰苯二酚轉化率與鐵礦粉還原度均達到最大值分別為39.7％、19.3％。
　　(3)運用Coats-Redfern積分法進行動力學分析，得出相關的反應動力學參數(shù)。香草醛、萘、鄰苯二酚的反應級數(shù)分別為0.8、1.0、0.6。相近溫度區(qū)間內，三種焦油組分在鐵礦粉作用下裂解反應的表觀活化能大小為E（鄰苯二酚）＞E（香草醛）＞E（萘），說明三種物質催化裂解過程溫度敏感度和裂解難度依次降低