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胜利褐煤与牛粪共气化反应特性研究

贺永峰  刘全生  李娜  
【摘要】:内蒙古草原牧区的牛粪作为一种特殊的生物质废弃物,由于处理技术的不足造成资源的严重浪费,迫切需要寻求先进技术对牛粪废弃物进行高效合理的转化~([1])。结合内蒙古地区富煤的能源特点,研究牛粪与煤炭共气化制备氢气合成气可提高低阶碳质资源的利用价值。牛粪和褐煤共气化可以提高煤单独气化合成气中氢气含量,并且牛粪比其他肥料具有更高的能量产量和更高的综合燃烧指数~([2]),有助于降低气化主反应温区。因此,研究牛粪与煤的共气化这一课题对内蒙古自治区低阶碳质资源的利用具有重要意义,并且该研究具备潜在的应用价值。将褐煤(SL)和风干的牛粪(CM)分别粉碎和筛分至200至400和60至80目的粒径作为原料。以CM和SL的混合质量比分别为1:3、1:1、3:1比例机械混合。采用管式炉反应器将混合样品制备焦炭样品,制备步骤如下:将样品放入装有氧化铝陶瓷坩埚(Al_2O_3)的石英管中,在管式炉中加热。在50 mL/min的N_2气氛下,通过程序升温装置将反应器加热至最终热解温度(800℃),将样品在目标温度下恒温30分钟,以除去大部分挥发性物质。之后,将样品冷却至室温,然后分别获得在800℃下的焦炭样品。,相应的焦炭样品标记为CMJ,1C3S,1C1S,3C1S和SLJ。使用热重分析仪(NETZSCH STA449-F3)进行水蒸气等温气化实验。将约10 mg的焦炭样品放入A1203坩埚中,以10℃/min的加热速率从室温加热至目标气化温度(800℃),载气流速为50mL/min的Ar,保护气流速为20mL/min的Ar,然后,反应器中的气氛以50 mL/min的流速变为H2O,开始进行等温气化反应。SL、CM及其混合样品在800℃下的TG/DTG曲线如图1所示,SL、CM及其混合样品在800℃下的碳转换率曲线如图2所示。从图中的TG曲线可以看出,随着SL掺混比例升高,失重百分比增加,且在相同时间下,SL的碳转换率总是优于CM,说明SL较CM有更高的转换率。从DTG图可以看出,CM较SL更早达到最大质量变化速率峰值,掺混CM能降低混合样品共气化反应时间,有助于提高整体气化反应性,可以看出CM的气化反应性较SL更好。这项研究的结果将有助于了解牛粪和煤混合共气化作用机理。

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