永城无烟煤与秸秆的共气化特性研究

摘要

本文选用大豆、小麦秸秆,考察两种秸秆以及两种秸秆质量比为1:1的混合秸秆与永城无烟煤的共气化特性,进行了CO2气化热重实验并计算出碳转化率和相关气化动力学参数,研究了在管式炉内950-1100℃的水蒸气气化、氧气-水蒸气气化特性并测定气体组分,计算比较气化产气速率、固定碳转化率、气体产率、气体热值,实验内容及结论如下:
　　利用热重分析仪进行 CO2气化实验,研究两种秸秆及其混合秸秆分别与永城无烟煤的共气化特性,对比TG、DTG曲线以及碳转化率曲线,考察不同掺混比例对气化的影响,研究发现,秸秆掺混比例大于等于50％时,到达某一温度后,碳转化率不再变化。在焦的气化阶段,豆秆表现出良好的气化性,麦秆气化性相对较低。
　　根据 CO2气化热重分析结果进行动力学研究,得到对应的活化能 E和指前因子A,结果表明,E与A的变化趋势一致;随着秸秆掺混比例的增大,对应温度区间气化所需活化能呈减小趋势。
　　在管式炉内进行水蒸气气化实验,考察两种秸秆及其混合秸秆与永城无烟煤掺混所制半焦的气化特性,分析不同掺混比例、气化温度、气化剂对气体组分、气化特性参数的影响,研究分为以下三个部分:1)永城无烟煤中分别掺混质量分数为0、10%、30%、50%的豆秆、麦秆以及两者1:1混合秸秆干馏后所制得半焦在1100℃下分别进行水蒸气气化,结果表明,随着秸秆掺混比例的增加,气化煤气中H2、CO的含量升高,CO2的含量降低,CH4含量无明显变化,气体热值增大,气体产率先增大后减小。掺混豆秆或豆秆、麦秆1:1混合秸秆时,产气速率、固定碳转化率随掺混比例的增大先增大后减小,而掺混麦秆时,产气速率、固定碳转化率随掺混比例的增大而增大。2)永城无烟煤中掺混质量分数为30%的豆秆、麦秆1:1混合秸秆干馏后所制得半焦在950-1100℃不同温度下分别进行水蒸气气化,结果表明,随着反应温度的升高,气体成分中H2、CH4含量降低, CO含量升高,CO2含量先增大后减小;3)永城无烟煤中掺混质量分数为30%的豆秆、麦秆1:1混合秸秆干馏后所制得半焦在1050℃下进行氧气-水蒸气气化,结果表明,本实验条件下其气化效果不是十分理想,最佳气化条件仍有待进一步研究。

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1 绪论

1.1 研究背景（Research Background）

1.2 研究意义（Research Significance）

1.3 气化原理（Gasification Theory）

1.4 煤与生物质共气化（Co-gasification of Coal and Biomass）

1.5 研究内容（Contents of Research）

2 实验部分

2.1 实验原料制备（Preparation of Raw Materials）

2.2 实验物料性质测定（Properties Tests of Raw Materials）

2.3 煤与秸秆CO2气化的热重分析（Thermogravimetric Analysis of Coal and Straw in CO2 Atmosphere）

2.4 管式炉气化实验（Gasification in Tube Furnace）

3 实验物料性质测定

3.1 工业分析、元素分析及发热量测定 (Proximate Analysis, Ultimate Analysis and Calorific Value Measurement)

3.2 煤的反应性测定（CO2 Reactivity Measurement of Coal）

3.3 煤的FTIR测定（FTIR Measurement of Coal）

3.4 灰成分分析（Ash Compositions Analysis of Raw Materials）

3.5 灰熔融性测定（Ash Fusibility Measurement of Raw Materials）

3.6 N2气氛下原料的热重分析（ Thermogravimetric Analysis of Raw Materials in N2 Atmosphere）

3.7 本章小结（Chapter Summary）

4 煤与秸秆CO2气化的热重分析

4.1 CO2 气化结果分析（ Analysis of Gasification in CO2 Atmosphere）

4.2 气化动力学方程（Dynamics Equation of Gasification）

4.3 CO2 气化动力学分析结果（ Dynamics Analysis Results of Gasification in CO2 Atmosphere）

4.4 本章小结（Chapter Summary）

5 管式炉气化实验

5.1 半焦的基本性质分析（Properties Analysis of Semi-cokes）

5.2 气化实验（Gasification Experiment）

5.3 气化结果分析（Analysis of Gasification Results）

5.4 本章小结（Chapter Summary）

6 结论与建议

6.1 结论（Conclusions）

6.2 建议（Suggestions）

参考文献

作者简历

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