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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2019, Vol. 53 Issue (7): 1298-1305    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2019.07.008
机械与能源工程     
松木屑与煤加压热解特性
李晓洁(),岑建孟,夏芝香,方梦祥*(),王涛,王勤辉,骆仲泱
浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
Pressurized pyrolysis characteristics of pine sawdust and coal
Xiao-jie LI(),Jian-meng CEN,Zhi-xiang XIA,Meng-xiang FANG*(),Tao WANG,Qin-hui WANG,Zhong-yang LUO
State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
 全文: PDF(811 KB)   HTML
摘要：

研究松木屑和新疆博斯坦煤的加压单独热解及共热解特性，热解实验在加压热重分析仪上开展，压力为0.1~2.0 MPa. 通过样品热解失重情况绘制热解失重曲线，对曲线进行失重速率分析和热解动力学分析. 结果发现，热解压力升高会抑制样品热解挥发分的析出，使样品主要热解阶段的表观活化能增大56%~85%；松木屑与煤共热解过程不是两者单独热解过程的简单叠加，而是两者协同反应相互促进或抑制的结果，松木屑与煤共热解失重相较计算值在加压条件下提高了8%~23%，在常压条件下降低了6.7%，但不管是常压还是加压共热解，共热解主要热解阶段的表观活化能均较松木屑和煤单独热解降低.
关键词： 松木屑;  博斯坦煤;  共热解;  加压热解;  动力学    
Abstract:

The pressurized individual pyrolysis and co-pyrolysis characteristics of pine sawdust and Xinjiang Bernstein bituminous were analyzed. Pyrolysis experiments were conducted in pressurized thermogravimetric analyzer (PTGA) under 0.1-2.0 MPa. Pyrolysis weight loss curves were drawn according to samples pyrolysis weight loss, and weight loss rate and pyrolysis kinetics of curves were examined. Results show that increased pressure depresses the release of volatiles and increases apparent activation energy of the main pyrolysis stage by 56%-85%. The process of co-pyrolysis is not the accumulation of individual pyrolysis, but is affected by inhibition or acceleration effect of synergistic reaction. The experimental weight loss of co-pyrolysis increases 8%-23% in pressurized condition while decreases 6.7% in atmospheric condition compared to the calculated results. The apparent activation energy of co-pyrolysis in both atmospheric and pressurized condition is lower than that of individual pyrolysis during the main pyrolysis stages.
Key words: pine sawdust    Bernstein coal    co-pyrolysis    pressurized pyrolysis    kinetics
收稿日期: 2018-08-24 出版日期: 2019-06-25
CLC:  TK 16  
通讯作者: 方梦祥     E-mail: Leejie@zju.edu.cn;mxfang@zju.edu.cn
作者简介: 李晓洁（1993—），女，硕士生，从事煤及生物质热解研究. orcid.org/0000-0003-4677-3167. E-mail： Leejie@zju.edu.cn
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李晓洁
岑建孟
夏芝香
方梦祥
王涛
王勤辉
骆仲泱

引用本文:

李晓洁,岑建孟,夏芝香,方梦祥,王涛,王勤辉,骆仲泱. 松木屑与煤加压热解特性[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(7): 1298-1305.

Xiao-jie LI,Jian-meng CEN,Zhi-xiang XIA,Meng-xiang FANG,Tao WANG,Qin-hui WANG,Zhong-yang LUO. Pressurized pyrolysis characteristics of pine sawdust and coal. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2019, 53(7): 1298-1305.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2019.07.008    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2019/V53/I7/1298

样品 工业分析wB/% 元素分析wB/%
M A V FC C H N S O
博斯坦煤 1.36 5.93 37.88 54.83 70.88 4.60 1.37 0.49 15.37
松木屑 2.07 2.31 81.14 14.48 48.56 5.70 0.15 0.77 40.44
表 1  博斯坦煤和松木屑的工业分析和元素分析
样品 w（SiO2） w（Al2O3） w（Fe2O3） w（CaO） w（MgO） w（K2O） w（Na2O）
博斯坦煤 50.21 14.43 10.33 12.85 4.58 0.99 1.08
松木屑 58.06 9.62 6.02 9.00 9.06 3.19 2.22
表 2  博斯坦煤和松木屑的灰分分析
图 1  博斯坦煤与松木屑加压热解失重曲线
样品 p/MPa θs/°C （dm/dt）max/（‰·min?1） θmax/°C θe/°C （dm/dt）mean/（‰·min?1） V∞/% D/10?12
博斯坦煤 0.1 293 ?2.59 407 611 ?1.07 34.0 7.90
博斯坦煤 0.5 291 ?2.21 405 604 ?0.78 24.4 3.57
博斯坦煤 1.0 306 ?1.98 406 561 ?0.75 19.0 2.26
博斯坦煤 1.5 315 ?1.81 390 564 ?0.72 17.9 1.90
博斯坦煤 2.0 321 ?1.70 381 537 ?0.59 12.8 1.05
松木屑 0.1 163 ?7.67 316 373 ?3.37 70.7 354
松木屑 0.5 162 ?7.43 316 384 ?2.90 64.4 271
松木屑 1.0 177 ?6.88 325 377 ?2.70 53.9 174
松木屑 1.5 189 ?6.76 311 375 ?2.68 49.8 153
松木屑 2.0 196 ?6.60 300 359 ?2.34 38.2 100
表 3  加压条件下博斯坦煤和松木屑主热解阶段特性参数
图 2  博斯坦煤与松木屑加压共热解失重曲线
图 3  松木屑与博斯坦煤加压共热解TG曲线计算值与实验值的比较
热解段 p/MPa θmax/°C （dm/dt）max/（‰·min?1） V∞/% ${\dfrac{{{V_\infty }_{|{\rm{Exp}}.}-{V_\infty }_{|{\rm{Cal}}.}}}{{{V_\infty }_{|{\rm{Exp}}.}}}} \times {\text{100\% }}$
实验值 计算值 实验值 计算值 实验值 计算值
低温段 0.1 316 316 ?1.80 ?2.07 ? ? ?
低温段 0.5 309 316 ?1.65 ?1.77 ? ? ?
低温段 1.0 306 325 ?1.49 ?1.58 ? ? ?
低温段 1.5 299 311 ?0.91 ?1.45 ? ? ?
低温段 2.0 299 300 ?0.89 ?1.36 ? ? ?
高温段 0.1 405 407 ?2.00 ?1.53 44.4 47.6 ?6.72
高温段 0.5 401 405 ?1.99 ?1.49 39.3 36.4 7.97
高温段 1.0 398 406 ?1.93 ?1.38 33.1 28.9 14.53
高温段 1.5 386 390 ?1.91 ?1.35 28.5 25.9 10.04
高温段 2.0 381 381 ?1.70 ?1.32 22.5 18.3 22.95
表 4  松木屑和博斯坦煤共热解特性参数——计算值与实验值的比较
工况 p/MPa θ/°C 线性拟合方程 R2 E/（kJ·mol?1） A/min?1
松木屑单独热解 0.1 250～350 y=?6 867x?1.021 2 0.995 8 57.092 9.810×103
松木屑单独热解 0.5 250～350 y=?8 340.8x+1.619 5 0.989 1 69.345 5.210×106
松木屑单独热解 1.0 250～350 y=?10 406x+4.746 0.997 0 86.515 8.697×109
松木屑单独热解 1.5 250～350 y=?11 408x+6.96 0.998 0 94.846 1.561×1012
松木屑单独热解 2.0 250～350 y=?12 720x+9.828 0.998 4 105.754 1.284×1015
博斯坦煤单独热解 0.1 350～450 y=?8 662.4x-1.247 6 0.992 3 72.019 7.347×103
博斯坦煤单独热解 0.5 350～450 y=?10 913x+1.963 3 0.975 2 90.730 1 1.504×107
博斯坦煤单独热解 1.0 350～450 y=?12 808x+4.788 9 0.968 6 106.486 1.182×1010
博斯坦煤单独热解 1.5 350～450 y=?13 184x+5.761 2 0.949 1 109.612 1.141×1011
博斯坦煤单独热解 2.0 350～450 y=?13 486x+6.596 7 0.932 1 112.123 7.992×1011
共热解低温段 0.1 250～350 y=?4 671x?6.023 6 0.999 2 38.835 6.636×10?2
共热解低温段 0.5 250～350 y=?6 691.1x?2.583 8 0.995 2 55.630 2.617×102
共热解低温段 1.0 250～350 y=?9 845x+2.511 2 0.982 5 81.851 4.792×107
共热解低温段 1.5 250～350 y=?9 845x+2.511 2 0.996 5 92.011 5.027×109
共热解低温段 2.0 250～350 y=?12 442x+7.247 2 0.977 8 103.443 3.297×1012
共热解高温段 0.1 350～450 y=?3 826.9x?7.662 6 0.995 8 31.817 1.248×10?3
共热解高温段 0.5 350～450 y=?4 159.2x?7.095 4 0.996 7 34.580 5.008×10?3
共热解高温段 1.0 350～450 y=?4 600.6x?6.463 5 0.990 9 38.249 2.374×10?2
共热解高温段 1.5 350～450 y=?4 676.7x?6.379 7 0.997 2 38.882 2.926×10?2
共热解高温段 2.0 350～450 y=?6 212.6x?3.848 9 0.992 9 51.652 13.20
表 5  博斯坦煤、松木屑及其混合物的加压热解动力学参数
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