煤/生物质共热解过程中生物质碱金属迁移与催化特性的研究

摘要

煤和生物质共气化是缓解能源危机和减轻环境污染的有效方法之一，具有较好的开发前景。然而，生物质中富含大量易挥发的碱金属，在促进煤焦气化的同时也会造成聚团、沉积、高温腐蚀等问题。因此，为了降低生物质碱金属带来的负面影响并发挥其催化作用，有必要对煤/生物质共气化过程中生物质碱金属的迁移和催化特性展开研究。本文首先在固定床反应器中探究了不同热解时间下生物质碱金属的释放和迁移规律，明确了共热解过程中生物质碱金属的释放和迁移过程。然后，探究了共热解阶段中煤焦成分和结构对生物质碱金属迁移的影响。最后，考察了迁移到煤焦中的生物质碱金属的催化性能。主要结果如下：
　　(1)在生物质800℃热解过程中，生物质碱金属的释放主要发生在热解初期的脱挥发分阶段。热解过程中生物质钾的释放速率比钠慢。在晋城煤800℃热解过程中，煤中碱金属含量变化很小。在煤和生物质共热解过程（以下简称共热解）的初期，迁移到煤焦中的生物质碱金属含量很少，生物质焦中碱金属含量几乎不变。而在共热解的后期，生物质焦中的碱金属逐渐向煤焦中迁移。
　　(2)在共热解过程中，生物质中碱金属会向煤焦中迁移。生物质碱金属向煤焦中的迁移途径是从生物质中挥发出来的碱金属先吸附在煤焦表面，并进一步与煤焦中成分发生反应而保留在煤焦中。在煤焦表面的挥发性生物质碱金属主要通过与煤焦中矿物质以及含氧官能团反应而保留在煤焦中。
　　(3)在共热解过程中，通过与煤焦中含氧官能团反应而迁移到煤焦中的生物质碱金属具有良好的催化效果，通过与煤焦中矿物质反应而迁移到煤焦中的生物质碱金属则不具备催化活性。生物质碱金属的催化效果主要取决于共热解煤焦中的矿物质含量。具体来说，随着共热解煤焦中矿物质含量的逐渐降低，生物质碱金属对煤焦气化反应的催化效果越来越明显。

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符号说明

第一章 绪论

1.1我国能源利用现状

1.2生物质能源的利用

1.3共气化技术研究现状

1.4煤/生物质共气化中碱金属问题的研究现状

1.5本文主要研究内容

第二章 实验部分

2.1实验原料的选取及制备

2.2实验装置及热解过程

2.3计算方法

2.4分析表征方法

第三章 共热解过程中生物质碱金属的迁移过程

3.1实验部分

3.2热解过程中焦产率和焦油产率

3.3生物质热解过程中碱金属的释放过程

3.4煤热解过程中碱金属的释放过程

3.5共热解过程中生物质碱金属的迁移过程

3.6本章小结

第四章 煤焦成分和结构对生物质碱金属迁移的影响

4.1生物质/石墨共热解中生物质碱金属迁移

4.2煤中矿物质含量对生物质碱金属迁移的影响

4.3孔性质对生物质碱金属迁移的影响

4.4煤焦中氧含量对生物质碱金属迁移的影响

4.5本章小结

第五章 生物质碱金属催化作用的研究

5.1气化反应性的评价方法

5.2碱金属复合物的催化作用

5.3矿物质含量对煤焦反应性的影响

5.4比表面积对煤焦反应性的影响

5.5本章小结

第六章 总结

6.1结论

6.2不足与建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文