碱土金属对生物质型煤热解的影响研究

摘要

本文以贫瘦煤和柳木木屑为原料，通过添加碱土金属化合物制成生物质型煤，对其进行热重、热解和红外实验研究，考察碱土金属对生物质型煤热解的影响和机理。
　　首先，通过酸洗和浮选技术分别对木屑和煤进行脱矿处理，通过湿法添加碱土金属化合物制备生物质型煤，考察生物质型煤的热解特性和动力学行为。结果表明，生物质型煤热解过程中分阶段体现了木屑和煤单独热解的性质，碱土金属化合物促进半纤维素热解形成的肩峰消失；CaH（添加Ca（OH）2的生物质型煤）、CaC（添加CaCO3的生物质型煤）、MgO（添加MgO的生物质型煤）和MgC（添加MgCO3的生物质型煤）使挥发分开始析出温度相比NON（未添加碱土金属化合物的生物质型煤）分别提前31.5℃、27.0℃、20.6℃和11.0℃，使最大失重速率峰峰值较NON分别提前16.0℃、5.00℃、4.01℃和3.98℃。同时发现，CaH、CaC、MgO和MgC分别使主反应区（260～400℃）的热解活化能相比NON降低24.92kJ/mol、14.82kJ/mol、12.96kJ/mol和17.36kJ/mol。
　　其次，研究了碱土金属化合物对生物质型煤热解产物的影响。结果表明，碱土金属化合物促进了热解半焦和气体的生成而降低了液体的产率，碱土金属化合物促进了生物质型煤热解的H2、CO、CO2和CH4等气体的生成，但添加镁基化合物对CH4的生成影响较小。碳酸盐相比其他碱土金属化合物对生物质型煤热解气体的促进效果不明显，但 CO2的生成量较大，主要是碳酸盐分解所致。相比镁基化合物对热解产物和热解气的影响，钙基化合物的促进效果更好。
　　最后，考察了生物质型煤热解的官能团变化和机理。结果发现，碱土金属化合物主要影响生物质型煤的含氧官能团、羟基和与生物质型煤中羧基形成碱土金属交联点。同时发现，镁基化合物比钙基化合物更稳定而不易与生物质型煤中极性原子形成金属离子效应，即钙基化合物对热解有更积极的促进作用。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景（Research Background）

1.2 研究意义及目的（Research Significance and Purpose）

1.3 研究内容（Research Contents）

2 文献综述

2.1 生物质与煤共热解机理（Mechanism of Biomass with Coal Pyrolysis）

2.2 碱土金属对生物质与煤共热解的影响（ Influence of Alkaline-earth metals on Co-pyrolysis of Biomass and Coal）

2.3 热解反应模型（Reaction Model of Pyrolysis）

2.4 本章小结（Chapter Summary）

3 实验研究及方法

3.1 生物质型煤制备(Preparation of Bio-briquette)

3.2 碱土金属-生物质型煤热解实验（ Pyrolysis Experiments of Alkaline-earth metals and Bio-briquette）

3.3 碱土金属-生物质型煤红外光谱分析实验（ Infrared Experiments of Alkaline-earth metals and Bio-briquette）

3.4 本章小结（Chapter Summary）

4 钙基化合物对生物质型煤热解的影响研究

4.1 钙基化合物对生物质型煤热解特性研究(Study on Characteristic of Calcium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis)

4.2 钙基化合物对生物质型煤热解动力学研究（Study on Kinetic of Calcium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis）

4.3 钙基化合物对生物质型煤热解产物的影响研究（ Study on Influence of Calcium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis Products）

4.4 钙基化合物对生物质型煤热解官能团的影响研究(Study on Influence of Calcium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis Functional Groups)

4.5 本章小结（Chapter Summary）

5 镁基化合物对生物质型煤热解的影响研究

5.1 镁基化合物对生物质型煤热解特性研究（ Study on Characteristic of Magnesium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis)

5.2 镁基化合物对生物质型煤热解动力学研究（Study on Kinetic of Magnesium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis）

5.3 镁基化合物对生物质型煤热解产物的影响研究（ Study on Influence of Magnesium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis Products）

5.4 镁基化合物对生物质型煤热解官能团的影响研究(Study on Influence of Magnesium-based Compound on Bio-briquette Pyrolysis Functional Groups)

5.5 本章小结（Chapter Summary）

6 碱土金属对生物质型煤热解机理研究

6.1 钙基化合物和镁基化合物对生物质型煤热解的影响比较（Comparison of Calcium-based Compounds and Magnesium-based Compounds Influencing on Pyrolysis of Bio-briquette）

6.2 碱土金属对生物质热解机理(Mechanism of Alkaline-earth metals on Biomass Pyrolysis)

6.3 碱土金属对煤热解机理(Mechanism of Alkaline-earth metals on Coal Pyrolysis)

6.4 碱 土 金 属 对 生 物 质 型 煤热 解 机 理 (Mechanism of Alkaline-earth metals on Bio-briquette Pyrolysis)

6.5 本章小结(Chapter Summary）

7 结论

参考文献

作者简历

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