凤眼莲与低阶煤低温共热解转化研究

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随着化石燃料的日益匮乏以及环境问题的愈演愈烈,寻找清洁的替代能源迫在眉睫。近年来,生物质与煤共热解以其原料价格低廉、来源广泛,操作条件温和,原料梯级利用效率高,CO2排放量少等优势而备受瞩目。本实验选取全球泛滥成灾的凤眼莲以及不适合传统加工利用的宏鹰混洗低阶煤为原料,采用自行改装设计的干馏炉对二者进行低温共热解实验研究,探讨凤眼莲添加量(0、10%、20%、30%、40%、100%)对共热解产物分布的影响,并基于正交试验(L934)对热解条件进行优化。此外,重点对纯原料和最佳配比混合样进行热重分析,分别从热解特性和动力学角度讨论原料共热解时的相互作用。并对原料以及优化前后最佳混合样热解所得热解油进行GC-MS检测,热解油和半焦进行元素分析和热值测定,对产物的后续利用提供基础性能参考指标。研究表明:1)随着凤眼莲添加量的增加,热解油的产率呈现先增大后减小的趋势。当凤眼莲添加量为30%时,热解油产率达到最大值11.32%,比煤单独热解油产率提高了24.81%,比质量加权计算值提高了5.11%。2)从热重分析结果看,凤眼莲添加量为30%时,在300~700℃温度区间,混合样失重实验值大于按单独热解失重的质量加权值,原料之间存在明显的协同作用。混合热解时不同温度段的活化能和指前因子都比原料热解小,活化能和指前因子存在补偿效应,热解活性增大,反应速率降低,原料之间的促进作用主要表现在使反应活性增大。3)正交试验的因素主次关系为:终温>配比>粒径>保温时间,并且当凤眼莲添加量为35%,终温为550℃,凤眼莲粒径为0.355-0.500mm,保温时间为25min时,热解油产率达到最大值11.70%,比优化前提高了3.36%,比煤单独热解油产率提高了29.00%。。4)热解油GC-MS检测得出,优化前当凤眼莲添加量为30%时,共热解油中烷烃含量比煤单独热解油提高了34.46%,且有机酸含量几乎降为零,有利于以煤代油和热解油的稳定性。共热解油H/C比纯煤焦油提高了8.72%,热值为36.96MJ/kg,与汽、柴油热值相差不大。优化后热解油中烷烃类质量分数减少,但是苯类物质含量达到了63.17%,比优化前提高了81.99%,得到了大量的富集。苯酚和其它芳香类物质含量也有所增大。优化后热解油H/C、热值以及N、S杂原子含量变化趋势不大。优化后在不影响热解油品质的情况下实现了提高热解油产率的目的。
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