固定床中纤维素热解及其焦油裂解机理研究

研究了500~900℃条件下微晶纤维素在固定床中的热解过程;分别采用气质联用(GC-MS)和气相色谱分析了热解过程中生成的焦油和不可凝气体。结果表明,随热解温度升高,焦油产率减少、气体产率升高、焦产率略微下降,同时CO、CH4和H2的产率明显升高,而CO2的产率变化不明显。焦油主要由二次反应产生,不可凝气体则由一次热解产物和二次热解产物共同产生。使用Gaussian 09软件对热解过程进行了模拟,发现纤维素分子在热解过程中首先分解为纤维素单体,然后纤维素单体上的羟基官能团优先脱除,生成的中间产物重组生成焦油。随热解温度升高,焦油中醚、醇、酸等化合物分解成自由基,自由基间发生重组、结合,导致烯烃和炔烃增多以及不可凝气体含量的升高。     

稻草与煤固定床共热解特性的研究

选取稻草为生物质原料,将其与两种不同煤阶的煤(内蒙褐煤和神府烟煤)分别以0∶100、20∶80、40∶60、60∶40、80∶20、100∶0的干基质量比均匀混合.借助固定床反应器,研究了稻草与两种煤的共热解特性,探讨了共热解过程中可能存在的协同作用.结果表明,稻草添加有利于共热解气体产物的生成,且对神府煤作用更明显;稻草含量越高,热解气体产量的实验值与加权平均计算值的偏差也越大,说明稻草与煤共热解过程发生了协同作用.而共热解所得焦产量的实验值与加权平均计算值基本一致.热解焦傅里叶红外光谱分析结果表明,稻草添加对热解焦的官能团未造成显著影响.     

稻草固定床热解过程中不同赋存状态钾的迁移转化行为

选取稻草、水洗稻草及添加质量分数为5%KCl的微晶纤维素颗粒作为热解原料,进行固定床快速和慢速热解,研究稻草热解过程中全钾和四种赋存状态钾的析出规律以及四种赋存状态钾之间的相互迁移转化。结果表明,稻草热解过程中钾的析出率随温度变化分为两个区间,热解温度低于700℃时钾的析出率受温度影响较小;热解温度高于700℃时四种赋存状态钾相继达到释放点从而导致钾析出率急剧增加;热解过程中钾的析出主要是由水溶态和残渣态钾的减少造成;同时水溶态钾和有机态钾能够发生相互迁移转化;残渣态的碳骨架钾在热解时断裂,一部分转化成水溶态钾,一部分仍以残渣态钾存在。     

吡咯型氮快速热解中NH3和HCN生成机理研究

根据煤中吡咯五元环与其他杂环结合形式的不同,选择五种典型的吡咯型氮杂环结构作为考察对象,利用量子化学计算方法对吡咯型氮杂环及其热解中间产物中各键的Mayer键级进行了计算。通过对比Mayer键级的相对大小对分子结构中最易发生断裂的键进行判断,进而分析了吡咯型氮热解时NH₃和HCN的生成机理。通过计算结果表明,热解时吡咯型氮以-NH和-NH₂自由基的形式逸出,并主要转化为NH₃;氮的逸出过程因吡咯环与芳环结合方式的不同而存在差异。为验证计算结果,利用滴落式高频炉热解装置对吡咯和咔唑两种模型化合物进行了快速热解实验。结果表明,吡咯和咔唑热解时NH₃和HCN均有生成,NH₃是主要的含氮气体污染物。计算所得的结论在一定程度上得到了实验结果的支持。     

镍基催化剂用于合成气甲烷化的实验研究

实验基于工业用镍基甲烷化催化剂,分别考察了操作温度、原料气CO浓度、操作压力、空速等对合成气(CO浓度5%~25%)甲烷化反应的影响,并分析了造成催化剂失活的因素。结果表明,在300~500 ℃ CH₄的生成速率随着温度的升高、压力的增大、CO浓度的增加而增大。但CO的浓度不能过高,当H₂/CO≤3时催化剂的催化活性会逐步下降。通过XRD、EDS等分析结果得知,催化剂表面存在积炭,催化剂的失活跟积炭有关,通过进一步的对照实验和BET分析表明,积炭的速率与反应温度有关,温度越高积炭速率越快。     

温度对稻草流化床快速热解液相产物影响的研究

研究了温度对稻草流化床快速热解中热解油产率的影响,利用GC/MS、FT-IR考察了不同热解温度(300℃~600℃)及冷凝温度(22℃、-4.4℃)下,稻草经过热解所获得的热解油组成。结果表明,稻草在400℃热解温度下可获得最高热解油产率43.1%;冷凝温度对热解油的品质有较大影响,降低冷凝温度能够增加热解油中有机物的含量,热解油中的水分含量随之降低,同时热解油的热值也随之得到提高。     

片状煤焦颗粒CO_2气化过程中形态及结构演变特性研究

采用高温热台显微镜观测了片状煤焦颗粒CO_2气化过程中的形态演变,并通过拉曼光谱分析了气化半焦的碳微晶结构,同时研究了气化温度(1000-1200℃)和煤焦初始当量直径(1.00-1.60 mm)对其CO_2气化过程中的形态及结构演变的影响规律。结果表明,与反应前期相比,反应后期的颗粒收缩(面积、体积、当量直径)更加剧烈。在所研究的气化温度范围内,随着气化温度的升高,煤焦颗粒的面积收缩率和体积收缩率逐渐减小。煤焦初始粒径显著影响颗粒收缩,1100℃气化温度下,颗粒的收缩趋势在初始粒径1.30 mm处出现转折。煤焦气化过程中碳消耗主导着表观密度的变化,在所研究的温度和粒径范围内,当碳转化率达到80%时,表观密度比线性减小到0.4以下。在相同气化温度下,随着碳转化率的增加,煤焦的石墨化程度先减小后增加,无定形碳含量先增加再减小。     

纤维素燃料乙醇废液与煤的成浆性能研究

提出了一种纤维素燃料乙醇废液大规模资源化利用的新方法—将纤维素燃料乙醇废液与煤共混制备废液煤浆作燃料用。借助旋转黏度计对废液煤浆(WLCS-CEF)进行流变性测定,研究了成浆浓度、废液加入量和添加剂对煤浆流变性的影响。结果表明,废液煤浆的表观黏度随成浆浓度及废液加入量的增加而增大,添加剂的加入明显改善废液煤浆的流变特性。废液中大分子量的木质素及未水解完全的纤维素和半纤维素能起到稳定煤浆的作用,同浓度下的废液煤浆比水煤浆稳定性高,且煤浆稳定性随浓度增大而增强,合适的添加剂也能改善稳定性。当选择添加剂A,成浆浓度为62%,废液添加量为煤量的2.5%时,制得的废液煤浆比较适合气化。     

城市生活垃圾灰渣的熔融和黏温特性研究

城市生活垃圾灰渣的熔融及黏温特性对其固定床熔渣气化炉的优化设计和操作具有重要指导意义。本文分析了上海老港垃圾(LG)和扬州成型垃圾(YZ)的灰成分特征,利用高温热台显微镜、X射线衍射仪(XRD)及FactSage模拟探究了垃圾灰的熔融机制,同时结合高温黏度计、扫描电镜-能谱分析仪(SEM-EDS)和XRD分析晶体矿物质生成对灰渣黏度变化的影响。结果表明,两种生活垃圾灰的硅铝比均较高,但铝钙含量差异较大。YZ灰流动温度比LG灰约高150℃,与LG灰中形成易低温共熔的硅灰石,而YZ灰在高温下仍存在石英及尖晶石有关。两种灰渣的熔融均符合“熔融-溶解”机制,且随温度升高均经历收缩、熔融和扩散过程。两条黏温曲线均呈现玻璃渣的特征,但YZ灰的黏度增长较快,与其降温过程产生长条状钙长石晶体有关。以YZ为气化原料需较高的排渣温度,而LG灰的熔融特性和黏温特性均较好,应用此原料气化炉可操作温度范围大。     

石油焦与稻草焦共气化研究

在热天平中采用等温热重法对石油焦、稻草焦、石油焦/稻草混合物以及石油焦/稻草焦混合物进行了CO₂共气化研究,实验温度900~1 050 ℃,添加稻草焦的质量比为0~0.5,考察稻草焦对石油焦的催化气化作用。结果表明,在一定气化温度下,石油焦和稻草焦混合物的共气化碳转化率高于各自气化碳转化率的简单加和,具有一定的协同效应,混合物的气化反应速率随着稻草焦添加比例的增加而升高。石油焦、稻草、稻草焦及其各个混合物的反应活性由大到小的顺序为:稻草半焦>脱灰稻草半焦>石油焦/稻草混合物>石油焦/稻草焦混合物>石油焦/脱灰稻草混合物>石油焦/脱灰稻草半焦混合物>石油焦。