煤与玉米秸秆共气化的特性研究

摘要

选择玉米秸秆与无烟煤为原料，在循环流化床中进行空气-水蒸气共气化试验，采用预热装置将气化剂（空气、水蒸气）由常温加热至500℃，研究不同气化温度、气化剂类型、水蒸气/物料质量比（S/B）及生物质掺混比对气化燃气组分和热值、气化效率及碳转率等指标的影响，并对不同反应条件下气化残渣采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDX）及X射线衍射（XRD）等进行形貌及组分分析，研究煤与玉米秸秆在流化床中共气化的特性。实验结果如下：
　　（1）热重分析共热解实验，玉米秸秆的热解温度段为237～375℃，失重峰出现在328℃附近；无烟煤热解温度段为512～741℃，失重峰出现在680℃附近；煤与玉米秸秆混合试样（掺混比例20%、40%、60%）的热解温度段为245～410℃，失重峰出现在349℃附近；表明玉米秸秆的加入可以较好地降低无烟煤热解温度，从而提高热解速率。
　　（2）在800～1000℃气化温度段，无烟煤单独气化时950℃气化效率最高，为70.29%；玉米秸秆与无烟煤掺混比20%的混合试样850℃时气化效率最高，为74.68%。提高气化温度能促进气化反应中的裂解和重整反应，提高碳转化率及气化效率，但过高的温度会降低还原反应正反应速率。
　　（3）与空气气化对比，使用空气-水蒸气气化，玉米秸秆与无烟煤掺混比20%时H2含量显著增加，体积分数由1.80%增加到15.53%，结果表明通过添加水蒸气气化有利于提高反应气中氢产率。
　　（4）玉米秸秆与无烟煤掺混比大于40%时会降低燃气热值及碳转化率。使用空气作气化剂，玉米秸秆与无烟煤掺混比20%时燃气热值最高为6125.14 kJ·kg-1；空气-水蒸气作气化剂时，掺混比40%时燃气热值最高为5803.84 kJ·kg-1。玉米秸秆的加入促进CO的生成，抑制CO2的生成。
　　（5）对气化后的玉米秸秆及无烟煤灰分进行X射线衍射（XRD）分析，无烟煤灰分中主要出现SiO2和Ca(Al2Si2O8)两类衍射峰；玉米秸秆灰分中主要出现SiO2、KAl(SO4)2，K8(SO4)(SO3OH6)和 Ca(Al2Si2O8)三类衍射峰。从物相上印证了玉米秸秆中的K、Ca元素以及无烟煤中的Ca元素会存在于共气化过程中，提高热解效率并催化焦油的二次分解从而促进共气化过程。

目录

第一章引言

1.1研究背景

1.2中国煤与植物秸秆的利用及现状

1.3煤气化的研究现状

1.4生物质与煤共热解的研究现状

1.5生物质与煤共气化的研究现状

1.6研究的主要意义和内容

第二章 实验材料、仪器与方法

2.1 实验材料与仪器

2.2实验方法

第三章 煤与玉米秸秆共热解特征的实验研究

3.1 热解反应特性分析

3.2 热解反应的动力学分析

3.3 玉米秸秆对煤热解过程的影响机理分析

3.4 本章小结

第四章 玉米秸秆气化特性

4.1 温度对气化反应活性的影响

4.2气化残渣特性分析

4.3 本章小结

第五章无烟煤气化特性

5.1不同反应条件对无烟煤气化活性的影响

5.2气化残渣特性分析

5.3 本章小结

第六章玉米秸秆和煤共气化特性分析

6.1不同反应条件对共气化活性的影响

6.2气化残渣特性分析

6.3本章小结

第七章结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

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