生物质与神府煤催化共热解特性及机理研究

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1、分类号：TQ530.2密级：全日制工程硕士学位论文生物质与神府煤催化共热解特性及机理研究Studyoncatalyticco-pyrolysischaracteristicsandmechanismofShenfucoalandbiomass申请人姓名：张铭指导教师：杨伏生张迁工程领域：化学工程研究方向：煤和生物质资源化利用新技术西安科技大学二○一五年六月学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西

2、安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：论文题目：生物质与神府煤催化共热解特性及机理研究专业名称：化学工程硕士生：张铭(签名)指导教师：杨伏生(签名)张迁(签名)摘要为提高陕西省煤炭高效清洁利用率和有效利用陕南优势生物质资源，本文以神府煤（SFC）和核桃壳（WS）为主要研究对象，在行星球磨机上进行机械力化学改性以负载K2CO3、Na2CO3、CaO、MgO和Fe2O3等催化剂，研究SFC、WS和椰壳（CS）在TG/DSC1型同步热分析仪和固定床热解装置

3、中的热解和催化共热解反应特性，采用微分法和积分法分别计算了热解动力学，推导了热解和催化共热解反应机理。结果表明：SFC、WS和CS在热解和催化热解的主要阶段，失重量迅速增大，DTG呈现较大失重速率峰。SFC与WS和CS分别在不同的混合比例下共热解特性分为两个阶段：生物质快速热解阶段、生物质缩合与SFC快速热解过程的复合阶段。其中，w(WS)/w(SFC)=2:1和负载K2CO3的w(CS)/w(SFC)=1:2共热解产生的协同效果最好。负载催化剂对热解过程有一定影响，以K2CO3、CaO和Fe2O3的催化效果较明显。在450℃之前WS和CS的快速热解过程基本结束，S

4、FC、WS和CS在500℃时热解过程较剧烈，450~700℃先是SFC的快速热解阶段（370~600℃）与生物质的脱氢缩聚阶段（≥450℃）重叠；然后SFC进入脱氢缩聚阶段（≥600℃）与生物质的脱氢缩聚阶段复合。基于动力学分析，运用FWO方法和Kissinger方法计算热解和催化共热解动力学，结果表明：负载K2CO3、Na2CO3、CaO、MgO和Fe2O3会降低SFC、WS和CS的热解活化能，K2CO3对SFC作用效果最明显，活化能降低近70KJ/mol，其次是CaO。对于WS和CS的催化热解效果则刚好相反。结合32种热解动力学最概然机理函数分析与活化能计算，发

5、现SFC、WS和CS热解机理符合Z-L-T方程，即三维扩散模型；SFC以及负载K2CO3、CaO和MgO的SFC热解机理等符合Z-L-T方程，即三维扩散模型，负载Na2CO3和Fe2O3的SFC热解机理属于Jander方程，即三维扩散圆柱形模型。负载K2CO3和Na2CO3的WS和CS热解机理均属于三维扩散模型，负载CaO和MgO和Fe2O3的WS和CS属于三维扩散圆柱形模型。关键词：神府煤；核桃壳；椰壳；催化；共热解研究类型：应用基础Subject：Studyoncatalyticco-pyrolysischaracteristicsandmechanismofS

6、henfucoalandbiomassSpecialty：ChemicalEngineeringName：ZhangMing（Signature）Instructor：YangFusheng（Signature）ZhangQian（Signature）ABSTRACTToimprovetheefficientandcleanutilizationrateofcoalinShaanxiprovinceandexploitthehigh-qualitybiomassresourceseffectivelyinthesouthofShanxi,thepyrolysisan

7、dcatalyticpyrolysisreactioncharacteristicsofSFC,WSandCSwhicharethemainresearchobjectsandloadedcatalystK2CO3,Na2CO3,CaO,MgOandFe2O3bymechanicalchemicalmodificationinplanetaryballmill,wereinvestigatedinTG/DSC1andfixed-bedpyrolysisdevice.Themechanismfunctionsfrompyrolysisandcatalyticpyr