碱性木质素与油页岩共热解及协同作用的研究

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油页岩作为当今石油能源的补充能源,无论从其液相还是气相的产物,都有良好的利用价值,因此油页岩在能源中具有无可厚非的地位。碱性木质素作为造纸工业中的副产品,由于其自身的利用价值未被开发完全,导致被当作废弃物随意排放,污染环境的同时也给人类的健康带来了危害。由于二者通过热解不但可以得到丰富的轻质气体,也存在着有害的含芳环结构化合物以及酚类化合物等物质,通过二者的共热解意在研究其是否协同,减小有害物质的生成,提高气产率与降低焦产率,本文基于TG-FTIR热重红外联用技术,提出碱性木质素与油页岩共热解方案,辅以ICP-MS与SEM电镜实验,通过热解过程、热解动力学,热解产物这几个方面来分析,并研究其协同成因。通过对碱性木质素与油页岩二者单独热解与共热解过程,研究了二者单独热解的特性,在共热解的研究中,混合比对其影响要大于升温速率的影响,通过油页岩与碱性木质素单独热失重数据计算出的理论数据与实际数据对比,初步断定二者的混合热解在高温区间发生了协同作用。通过多种动力学分析法对碱性木质素与油页岩共热解过程进行动力学分析,通过单一扫描速率Coats-Redfern积分法对三个热解区间的混合试样的研究中进一步表明高温热解区间协同作用明显,通过尝试两种model free法(F-W-O法、Starink法)对相同转化率下的不同升温速率的混合试样进行了动力学研究,表明了两种方法均适用于二者的共热解研究。通过对共热解中不同工况下的热解产物的分析,混合比方面,CH4、CO、CO2、H2O、芳环结构化合物以及酚类化合物的浓度在高温热解区间均有不同程度的增加,但碱性木质素与油页岩混合比为8:2时,浓度均为最低,验证了动力学结论的抑制作用。同时混合比对8:2减少芳环结构化合物与酚类化合物累积产量具有显著的影响。升温速率方面,CH4、CO、芳环结构化合物随着升温速率的变化,且气体析出浓度与升温速率成正比关系,其他产物均为不规律变化。升温速率对不同热解产物的累积产量的作用不明显。通过气产率和焦产率的对比,混合比的影响因素比升温速率更显著,8:2对气产率具有抑制作用,其余混合比均达到了增气减焦的目的。通过对二者在终温900℃时的不同混合比的热解半焦表观结构的研究中,验证了高温热解区间存在协同。通过引入RMS指数,活化能在温度区间的变化、热解产物的变化等均能够验证二者在高温热解区间存在明显的协同作用。
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