錫盟褐煤與玉米芯共熱解過程中協(xié)同效應(yīng)機制的初步探討.pdf

1、隨著全球?qū)τ谀茉葱枨笕找娴脑鲩L和環(huán)境要求的日益嚴(yán)格，生物質(zhì)由于其環(huán)境友好性和可再生性等極其突出的特點，正逐步受到越來越多的關(guān)注。但是由于生物質(zhì)的低熱值等缺點，導(dǎo)致生物質(zhì)的單獨應(yīng)用受到了限制。為了更好地緩解能源緊張的局勢，煤和生物質(zhì)的共利用逐漸成為目前該領(lǐng)域研究工作的熱點，該技術(shù)可以將兩種燃料的優(yōu)點進行整合。煤和生物質(zhì)的共利用過程中存在相互作用，利用其相互作用可以調(diào)控煤和生物質(zhì)的產(chǎn)物分布和產(chǎn)率。對這種相互作用進行解析得到的相關(guān)信息對煤和生

2、物質(zhì)共利用過程的反應(yīng)裝置和反應(yīng)器的工藝設(shè)計和及其應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。
　　 本文通過設(shè)計新型反應(yīng)器并進行相關(guān)實驗，考察了一種褐煤和玉米芯及其兩者混合物在程序升溫?zé)峤庖约翱焖贌峤鈨煞N條件下的行為，以及兩者共利用過程中相互作用對產(chǎn)物分布及產(chǎn)品品質(zhì)的影響。實驗結(jié)論主要包括以下四個方面:
　　 (1)程序升溫?zé)峤鈱嶒炛校置旱目倱]發(fā)分和焦油產(chǎn)率均小于玉米芯，這主要是與褐煤和玉米芯自身組成成分和性質(zhì)有關(guān)。相對于褐煤，玉米芯中含有更多

3、的含氧基團、脂肪基團和較低含量的芳香基團，這些支鏈較豐富的物質(zhì)在受熱時極易分解。因此，褐煤/玉米芯混合物熱解中的揮發(fā)分產(chǎn)率和焦油產(chǎn)率及氣相產(chǎn)物釋放量（除H2以外）隨著褐煤混合比例的增加而降低。
　　 (2)通過對比分析在程序升溫?zé)峤膺^程中褐煤/玉米芯混合物的總揮發(fā)分和焦油產(chǎn)率的實驗值與其相應(yīng)加權(quán)計算值，發(fā)現(xiàn)共熱解過程中存在協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)的存在增加了焦油的產(chǎn)率，降低了氣相產(chǎn)物的釋放，但對總揮發(fā)分產(chǎn)率無影響。通過不同的對比實驗可

4、以發(fā)現(xiàn)玉米芯揮發(fā)分與褐煤半焦之間的相互作用是造成這種協(xié)同效應(yīng)的主要因素。這種協(xié)同效應(yīng)除對揮發(fā)分析出有影響外，對熱解制備的半焦的氧化反應(yīng)性也有一定的影響。褐煤/玉米芯混合物半焦的氧化反應(yīng)性隨著褐煤混合比例的增加而降低，這與玉米芯中富含具有較好催化作用的鉀元素緊密相關(guān)，隨褐煤混合比例的增加半焦中鉀元素含量降低。另外，玉米芯揮發(fā)分與褐煤半焦之間的相互作用可能改變了半焦的結(jié)構(gòu)，這也是影響半焦反應(yīng)性的因素之一。
　　 (3)快速熱解實驗中

5、褐煤與玉米芯及其混合物的轉(zhuǎn)化行為與程序升溫?zé)峤膺^程存在較大的差異。在整個快速熱解溫區(qū)500-900℃內(nèi)，玉米芯析出的總揮發(fā)分和氣相產(chǎn)物釋放量均遠遠大于褐煤;焦油產(chǎn)率則以700℃為轉(zhuǎn)折點，溫度小于700℃時，褐煤的焦油產(chǎn)率大于玉米芯，而當(dāng)溫度高于700℃時，玉米芯的焦油產(chǎn)率大于褐煤。褐煤和玉米芯混合物的總揮發(fā)分產(chǎn)率隨著熱解溫度的升高而逐漸增加，從熱解溫度500℃至900℃約增加了17％。
　　 (4)快速升溫?zé)峤鈱嶒炛?，褐煤與玉米

6、芯的混合物共熱解析出的總揮發(fā)分和焦油產(chǎn)率與相應(yīng)的理論加權(quán)計算值不一致，說明兩者共熱解過程中存在協(xié)同效應(yīng)。該協(xié)同效應(yīng)表現(xiàn)在熱解溫度低于700℃時焦油產(chǎn)率的增加，氣相產(chǎn)物的釋放量的降低，而總揮發(fā)分產(chǎn)率不變;隨著溫度的繼續(xù)升高，總揮發(fā)分和焦油的產(chǎn)率明顯的降低，氣相產(chǎn)物的釋放增加。通過對比實驗研究，玉米芯揮發(fā)分與褐煤半焦之間的相互作用是引起快速升溫?zé)峤膺^程中協(xié)同效應(yīng)的主導(dǎo)因素。褐煤和玉米芯兩者的揮發(fā)分與半焦之間的相互作用均抑制了揮發(fā)分與焦油的析