金屬鹽類和金屬氧化物對(duì)煤熱解特性的影響.pdf

1、面對(duì)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(shí)，構(gòu)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(jí)利用多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是實(shí)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(xué)開發(fā)了以循環(huán)灰為熱載體的熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，其中循環(huán)灰對(duì)熱解煤氣、半焦和焦油的組成及產(chǎn)率的影響直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。本文立足于此，展開了對(duì)不同煤種、負(fù)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(shù)(TG-FTIR)、差示掃描量熱儀(DSC)及快速裂解色質(zhì)聯(lián)用儀(Py-GC/MS)對(duì)煤熱解過程失重、氣體析出、熱效應(yīng)特性和焦油組分進(jìn)行了研究，探討煤種、添加劑和CO2氣氛對(duì)熱解特性的影響程度；最后，在小型固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)上較為系統(tǒng)地開展了榆樹灣煤熱解特性的實(shí)驗(yàn)研究，通過氣相色譜儀(GC)和色譜質(zhì)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(jī)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(chǎn)出較煙煤多，褐煤反應(yīng)活化能低于煙煤。在主要熱解階段，添加劑對(duì)最大失重速率點(diǎn)的溫度影響不大，但降低了最大失重速率。負(fù)載金屬催化劑后CO產(chǎn)量增加，CH4、甲苯、CO2、苯酚、甲酸產(chǎn)量整體不同程度地下降。金屬原子和煤中含氧

4、官能團(tuán)等基團(tuán)不斷地進(jìn)行成鍵和斷鍵過程，與這些焦油前驅(qū)分子含氧官能團(tuán)的成鍵極大抑制了小焦油分子的揮發(fā)。對(duì)熱重過程采用Coats-Redfern方法進(jìn)行了一級(jí)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(duì)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(tuán)相連接形成-COO-N，導(dǎo)致半焦的活性增強(qiáng)，氣化反應(yīng)性加強(qiáng)，CO產(chǎn)量有長足提高；同時(shí)-COO-N和自由基CM結(jié)合，導(dǎo)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(zhì)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(duì)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(yīng)吸放熱情況，揭示了各添加劑對(duì)反應(yīng)過程熱量變化的影響規(guī)律。
　　在此基礎(chǔ)上，在固定床熱解實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了煤熱解特性試驗(yàn)，結(jié)果表