生物质与神府煤催化共热解特性及机理研究

摘要

为提高陕西省煤炭高效清洁利用率和有效利用陕南优势生物质资源，本文以神府煤（SFC）和核桃壳（WS）为主要研究对象，在行星球磨机上进行机械力化学改性以负载K2CO3、Na2CO3、CaO、MgO和Fe2O3等催化剂，研究SFC、WS和椰壳（CS）在TG/DSC1型同步热分析仪和固定床热解装置中的热解和催化共热解反应特性，采用微分法和积分法分别计算了热解动力学，推导了热解和催化共热解反应机理。结果表明：
　　SFC、WS和CS在热解和催化热解的主要阶段，失重量迅速增大，DTG呈现较大失重速率峰。SFC与WS和CS分别在不同的混合比例下共热解特性分为两个阶段：生物质快速热解阶段、生物质缩合与SFC快速热解过程的复合阶段。其中，w(WS)/w(SFC)=2:1和负载K2CO3的w(CS)/w(SFC)=1:2共热解产生的协同效果最好。负载催化剂对热解过程有一定影响，以K2CO3、CaO和Fe2O3的催化效果较明显。在450℃之前WS和CS的快速热解过程基本结束，SFC、WS和CS在500℃时热解过程较剧烈，450～700℃先是 SFC的快速热解阶段（370～600℃）与生物质的脱氢缩聚阶段（≥450℃）重叠；然后SFC进入脱氢缩聚阶段（≥600℃）与生物质的脱氢缩聚阶段复合。
　　基于动力学分析，运用FWO方法和Kissinger方法计算热解和催化共热解动力学，结果表明：负载K2CO3、Na2CO3、CaO、MgO和Fe2O3会降低SFC、WS和CS的热解活化能，K2CO3对SFC作用效果最明显，活化能降低近70KJ/mol，其次是 CaO。对于WS和 CS的催化热解效果则刚好相反。结合32种热解动力学最概然机理函数分析与活化能计算，发现SFC、WS和CS热解机理符合Z-L-T方程，即三维扩散模型；SFC以及负载K2CO3、CaO和MgO的SFC热解机理等符合Z-L-T方程，即三维扩散模型，负载Na2CO3和Fe2O3的SFC热解机理属于Jander方程，即三维扩散圆柱形模型。负载K2CO3和Na2CO3的WS和CS热解机理均属于三维扩散模型，负载CaO和MgO和Fe2O3的WS和CS属于三维扩散圆柱形模型。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 煤热解技术研究

1.3 生物质热解

1.4 煤与生物质共热解研究现状

1.5 论文研究目的及意义

1.6 研究方案及技术路线

2 神府煤热解特性及动力学研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

3 生物质热解特性及动力学研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

4 神府煤与生物质共热解特性及动力学研究

4.1 神府煤与生物质共热解特性研究

4.2 神府煤与生物质催化共热解特性研究

4.3 神府煤与生物质共热解产物的收率分析

4.4 神府煤与生物质共热解反应机理函数确定

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 论文结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 1：攻读硕士期间发表的论文

附录 2：热解动力学计算附表