石莼与褐煤低温共热解的转化研究

作     者：程晓晗 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何选明

授予年度：2015年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：石莼 褐煤 共热解 热解油 轻质化 

摘      要：当前,化石燃料资源日益短缺,而且其开采利用过程中造成了严重的环境污染和资源浪费问题。我国低阶煤储量相对丰富,对其进行清洁高效利用和寻找可再生的替代能源这一任务迫在眉睫。将来源丰富、成本低、可再生的生物质能源与低阶煤进行低温共热解以期让生物质作为一种廉价的供氢剂来提高低阶煤的热解转化率和热解油的品质成为近年研究的热点。本研究选用大型海藻石莼(SC)与澳大利亚褐煤(AL)为实验原料,采用自制的低温热解装置对两者进行共热解的转化研究,按总量10g,分组按石莼的掺混比(0%,10%,20%,30%,40%,50%,100%)确定为七组,在平行实验的基础上观察分析热解产物产率随石莼掺混比的变化规律,并通过气质联用仪和傅里叶红外分析仪对热解油进行品质分析。利用热重分析仪探讨共热解机理和石莼的添加对低阶煤热解过程产生的影响。在本研究的实验条件下得到以下研究结果:(1)低温共热解显示,随着石莼掺混比的增大,热解气产率逐渐上升,半焦产率逐渐下降,热解油产率呈现先增大后减少的趋势,并在30%左右的掺混比时达到峰值12.50%,与褐煤单独热解相比提高了20.64%。(2)GC-MS结果显示,30%混合样的热解油相比原纯褐煤热解油,烷烃含量由13.51%增加到16.69%,相比纯煤热解油增长了23.54%,提高了热解油品质,醇类、有机酸类含量明显下降,提高了热解油的稳定性,减少了对设备的腐蚀性。(3)热解油的傅里叶红外分析显示,甲基的振动峰变弱和芳环骨架的振动峰向低波数移动,可以推断,热解过程发生了烷基侧链的脱落反应、芳环结构的开环和缩合反应等。(4)热重分析显示,30%石莼掺混比的混合样相比纯褐煤热解初始热解温度提前了21.94℃,热解的实际残重量明显小于理论残重量,表明石莼的添加促进了挥发分的析出。热解过程符合一级动力学数学模型,混合样的活化能Ea(12.13k J/mol)和指前因子A(5.54min-1)比褐煤单独热解时低,Ea与A之间存在补偿效应,石莼的加入使热解反应活性增加,反应速率降低。