金屬鹽類和金屬氧化物對煤熱解特性的影響.pdf

1、面對我國一次能源以煤為主、能源需求日益增長以及環(huán)境惡化的現(xiàn)實，構建資源、能源、環(huán)境整體化的可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)是我國能源戰(zhàn)略方向。煤分級利用多聯(lián)產系統(tǒng)是實現(xiàn)整體最優(yōu)、跨越行業(yè)的資源、能源、環(huán)境一體化系統(tǒng)。為此，浙江大學開發(fā)了以循環(huán)灰為熱載體的熱電氣多聯(lián)產技術，其中循環(huán)灰對熱解煤氣、半焦和焦油的組成及產率的影響直接關系到整個系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。本文立足于此，展開了對不同煤種、負載不同金屬鹽類(KCl、NaCl、CaCl2、MgCl2、

2、FeCl3和NiCl2)和金屬氧化物(Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO)的煤樣的熱解特性研究。本文采用熱重紅外聯(lián)用技術(TG-FTIR)、差示掃描量熱儀(DSC)及快速裂解色質聯(lián)用儀(Py-GC/MS)對煤熱解過程失重、氣體析出、熱效應特性和焦油組分進行了研究，探討煤種、添加劑和CO2氣氛對熱解特性的影響程度；最后，在小型固定床實驗臺上較為系統(tǒng)地開展了榆樹灣煤熱解特性的實驗研究，通過氣相色譜儀(GC)和色譜質譜聯(lián)用儀(GC-MS)

3、定量分析熱解中煤氣、焦油特性。
　　本文首先通過TG-FTIR探討不同煤化程度的煤種的熱解規(guī)律，考察了不同煤種各溫度階段CO、CO2及CH4等氣體的生成機理和變化規(guī)律.煙煤熱解生成的CH4較褐煤多，褐煤的CO、CO2產出較煙煤多，褐煤反應活化能低于煙煤。在主要熱解階段，添加劑對最大失重速率點的溫度影響不大，但降低了最大失重速率。負載金屬催化劑后CO產量增加，CH4、甲苯、CO2、苯酚、甲酸產量整體不同程度地下降。金屬原子和煤中含氧

4、官能團等基團不斷地進行成鍵和斷鍵過程，與這些焦油前驅分子含氧官能團的成鍵極大抑制了小焦油分子的揮發(fā)。對熱重過程采用Coats-Redfern方法進行了一級模型的擬合后發(fā)現(xiàn)添加金屬氯鹽和金屬氧化物后主要熱解階段活化能降低。CO2氣氛對CH4、甲苯、苯酚、甲酸生成有抑制作用。添加劑中金屬原子和新生半焦的活性基團相連接形成-COO-N，導致半焦的活性增強，氣化反應性加強，CO產量有長足提高；同時-COO-N和自由基CM結合，導致高溫下自由基互

5、相碰撞焦油量析出增加。
　　利用裂解氣質聯(lián)用(Py-GC/MS)考察了煤在惰性氣體He氣氛下熱解焦油生成情況。在10000℃/s的快速熱解條件下，不同溫度(550℃、750℃、950℃)和不同添加劑對燥熱解焦油的成分影響各異。采用差示掃描量熱法(DSC)考察30℃/min下不同煤樣在N2和CO2氣氛下反應吸放熱情況，揭示了各添加劑對反應過程熱量變化的影響規(guī)律。
　　在此基礎上，在固定床熱解實驗臺上進行了煤熱解特性試驗，結果表