糠醛渣与油页岩半焦混烧特性研究及固体产物分析

摘要

油页岩半焦是油页岩在干馏炼制页岩油过程中产生的固体副产品废弃物，糠醛渣是由玉米芯经过水解提取糠醛后产生的有机废弃物。目前，大多数页岩油炼制企业和糠醛厂并未对其进行无害化资源化处理，而是采用堆弃处理的方式，造成大量可用耕地被占用，对生态环境造成污染。由于二者均具有一定热值，弃之又浪费大量能源资源。针对此问题，本文采用油页岩半焦与糠醛渣共燃的形式探索一条新的废弃物资源化利用途径，并根据油页岩半焦与糠醛渣两者不同的燃烧特性，将其混合并进行更深层次的混烧特性研究。 首先，本文利用热重分析仪分别对汪清油页岩半焦、糠醛渣以及二者不同比例的混合物在10℃/min、20℃/min、40℃/min和80℃/min的升温速率条件下进行燃烧试验，深入研究了混合比及升温速率对二者混烧特性的影响。研究结果表明：汪清油页岩半焦燃烧过程可分为挥发分析出燃烧阶段、矿物质分解析出阶段及固定碳燃烧阶段。糠醛渣燃烧过程可分为木质素和纤维素裂解、挥发分析出燃烧阶段和固定碳燃烧阶段。提高升温速率，同一试样的燃烧规律未发生质变，适当提高升温速率有利于改善混合试样的燃烧特性；随着糠醛渣掺混比例的增加，可燃性指数、稳燃特性指数和综合燃烧特性指数均增大，糠醛渣的加入很好的改善了汪清油页岩半焦的燃烧特性。 其次对汪清油页岩半焦和糠醛渣的混烧协同作用进行了分析，并采用Flynn-Wall-Ozawa法和Friedman-Reich-Levi法对汪清油页岩半焦和糠醛渣的混烧动力学进行了计算。结果表明：汪清油页岩半焦和糠醛渣混烧过程存在一定的协同作用，适当提高升温速率及糠醛渣掺混比例能够有效促进汪清油页岩半焦和糠醛渣的混烧。两种动力学方法计算结果规律相同，确保了活化能计算结果的正确性。混烧反应过程具有复杂性和多变性，并非单一燃料燃烧的简单叠加。 最后本文利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪、全自动比表面积及孔隙度分析仪对燃烧后固体产物的微观结构进行了研究。研究表明：燃烧反应后的固体产物表面Na、Mg等微量元素含量升高，燃烧固体产物表面的C、O元素主要来自于硅酸盐类、碳酸盐类矿物质和固定碳，且硅酸盐类矿物质原子百分含量高于碳酸盐类矿物质。汪清油页岩半焦燃烧产物表面结构更为致密，糠醛渣燃烧产物表面呈现颗粒状结构，更为细碎，表面微观孔隙更加发达，其吸附等温线都属于第Ⅱ类吸附等温线，B类吸附滞后环，孔隙结构均为平行壁狭缝型毛细孔，且孔径主要集中分布在2~50nm，累积孔容积的大小受中孔数量的影响较大，提高糠醛渣掺混比例有利于孔隙发育，在10℃/min升温速率下孔容积和比表面积最大。

目录

主要符号表

上、下 标

第1章 绪 论

1.1 课题选题背景及研究意义

1.1.1 课题选题背景

1.1.2 油页岩及半焦概述

1.1.3 生物质及糠醛渣概述

1.1.4 课题研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 油页岩半焦国内外研究现状

1.2.2 生物质国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容和方法

第2章 糠醛渣与汪清油页岩半焦基础燃烧特性分析

2.1 实验样品的基础物化特性

2.1.1 实验样品的制备

2.1.2 工业分析和元素分析

2.2 热重试验

2.2.1 实验仪器与实验方法

2.2.2 汪清页岩半焦与糠醛渣燃烧特性分析

2.2.3 升温速率对试样燃烧特性的影响

2.2.4 混合比对试样燃烧特性的影响

2.3 试样燃烧特性分析

2.3.1 着火特性和燃尽特性分析

2.3.2 燃烧特性评价指数

2.4 本章小结

第3章 混烧协同作用及动力学分析

3.1 混烧协同作用分析

3.1.1 TG-DTG实验曲线与理论曲线对比分析

3.1.2 协同作用评价参数

3.2 动力学分析

3.2.1 动力学基本理论

3.2.2 动力学计算方法

3.2.3 动力学求解结果分析

3.2.4 动力学求解结果的对比和讨论

3.3 本章小结

第4章 燃烧固体产物微观结构和表面元素分析

4.1 实验设备及样品制备

4.1.1 实验样品的制备

4.1.2 实验仪器与实验方法

4.2.1 固体产物原始微观结构分析

4.2.2 混合比对燃烧产物表面微观结构的影响

4.2.3 升温速率对燃烧产物表面微观结构的影响

4.3 固体产物表面元素分析

4.3.1 混合比对燃烧固体产物表面元素的影响

4.3.2 升温速率对燃烧固体产物表面元素的影响

4.4 本章小结

第5章 固体产物孔隙结构分析

5.1 实验仪器与实验方法

5.2 吸附脱附特性

5.2.1 吸附等温线分类

5.2.2 吸附滞后及孔隙结构分类

5.3 孔隙结构参数计算

5.3.1 比表面积的计算

5.3.2 孔径分布的计算

5.4 固体产物的孔隙特性分析

5.4.1 吸附脱附特性分析

5.4.2 孔隙分布分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢