煤和生物質共熱解過程中半焦的作用機制研究

《煤和生物質共熱解過程中半焦的作用機制研究》是依託西安交通大學，由全翠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：煤和生物質共熱解過程中半焦的作用機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：全翠
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

在煤和生物質共熱解過程中，如何實現H和O的定向轉化獲取高產率和高品質的熱解油是極具挑戰性的學術研究課題。半焦作為熱解反應體系中的主要中間產物之一，其對共熱解過程中主要元素的遷移和產品分布無疑具有重要作用。但目前鮮有研究將半焦作為煤和生物質共熱解的研究主體。本項目擬在自由落下床開展生物質和煤的快速共熱解實驗，以煤和生物質共熱解產生的原位半焦為主要研究對象，分析共熱解過程中半焦的形成機制，闡明半焦反應性與其組分、結構的關係；研究煤和生物質共熱解產物分布和產物性質，明確半焦對熱解中間產物的二次反應的作用機理及其對H和O定向遷移的影響機制；藉助電子順磁共振波譜研究煤和生物質共熱解過程中自由基變化規律，闡明半焦對二次反應過程中自由基形成、轉移的影響，揭示煤和生物質共熱解高品質焦油形成機理。本項目將為生物質和煤快速共熱解制油的高效、定向轉化的理論和技術體系的構建提供理論依據。

結題摘要

生物質是唯一可直接轉換為清潔液體燃料的可再生資源，生物質與煤共熱解制油技術的發展對於緩解我國能源危機、實現經濟和社會的可持續發展具有重要意義。本項目通過開展不同工況條件下生物質和煤的熱解/共熱解實驗，研究了生物質和煤的熱解/共熱解特性。通過跟蹤氣體、液體和固體產品的組成和結構的變化，結合元素分析、GC-MS、1H-NMR、FTIR等表征分析數據，揭示了熱解工藝條件和熱解產物之間的關係，闡明了共熱解過程中半焦的作用機制。發現在生物質和煤在共熱解過程中，隨生物質混合比的增加，半焦產率減少，液體和氣體產率增加。熱解初始階段，煤和生物質都裂解產生大量自由基，生物質作為外部氫源，起到了一定的供氫作用，有利於焦油產率的提高。較明顯的協同效應發生在相對較高的生物質混合比條件下。同時考察了熱解過程中產生的原位半焦對熱解油生成和提質的作用，發現熱解過程中半焦床層的存在有利於焦油產率的增加。在半焦-揮發分的相互作用過程中，半焦具有脫氧作用，同時能促進焦油中多環芳烴裂解，使所得焦油中氧含量降低，單環芳烴化合物含量增加，實現了熱解油的提質。本項目將為煤和生物質共熱解的規模化套用提供重要基礎。