药渣和煤共热处理过程中氯元素的迁移分布规律

摘要

药渣类生物质多以植物的根、茎、叶类为主，形态复杂、含水率高、能量密度低，其氯元素和重金属含量含量相对较高，在燃烧的过程中，极易产生二噁英。将药渣与煤炭混合燃烧，可以有效的改善燃烧活性，提高发热量。而在绝氧热解的条件下，则不会有二噁英的形成。本文选取低阶煤（神木煤）和中药渣作为研究对象，首先利用 TG-FTIR 联用分析法研究煤与药渣共热解过程的热解参数，建立动力学模型；通过红外分析煤与药渣共热解过程的气体组分；然后利用双温区管式炉分别对煤、中药渣及其混合样品进行热解、燃烧研究，并对热解固体产物进行燃烧试验，结合EDS和XRD分析手段，对试验所得的气体、固体、液体中的氯离子进行离子色谱检测分析，研究煤与药渣共热解、共燃烧后氯的析出规律以及在三相中的分布率。得出如下结论： （1）随着药渣在混合样品中所占比例的增大，反应活性有所下降，但反应速率增加；药渣、煤及其混合样品热解的气体组分主要为CO2、烃类、酸类、酮类、羧酸类、酯类等小分子物质，HCl的析出规律也有很大不同。 （2）混合样品热解焦油中的氯主要来自药渣的分解，温度升高，氯在焦油和煤气中的分布率增加，低温区的增加速度大于在高温区，转移到气体中的氯远小于焦油和焦炭；氯在固相的分布率主要受煤热解产生氯的影响，低温时，液相中的分布率大于固相，随着温度的升高逐渐占据优势，在气相中的分布率始终小于固相和液相。利用EDS和XRD仪器对热解所得焦炭（半焦）进行分析可知，半焦（焦炭）中元素K和Cl的存在形式发生了很大的变化，从而影响了氯元素的析出量。 （3）对比混合样品直接燃烧和混合样品热解固体产物在燃烧过程中氯的析出率，二者的氯析出率曲线在形状趋势上具有相似性，但在数值上相差较大。这是由于低温热解后产生的焦炭（半焦），其挥发分和有机化合物并没有完全的析出或者分解，热解后燃烧与原样品的析出基本一致。由于混合样品的物理结构和性质在热解的过程中发生了变化，氯的存在形式也比原样品中的架构简单，所以与原样品燃烧有所不同，半焦燃烧的失重率减小，失重的速率较大，氯的析出率增大等；药渣中碱金属的存在有利于混合样品中氯元素的析出释放，药渣和煤直接燃烧远大于与热解后再燃烧的氯的析出量，焦炭燃烧过程中释放出较少的氯，从而可以有效地避免燃烧过程中二噁英的产生。

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