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油页岩半焦流化燃烧反应动力学研究

【摘要】:油页岩半焦是提炼页岩油过程中残留的一种固体废弃物,有一定热值。通过燃烧的方式既利用了半焦的余热,又降低其对环境危害。基于前期油页岩半焦特性的相关研究,本文采用动力学分析方法,以活性炭颗粒燃烧特性作为参考,利用不同燃烧装置进行深入研究。分析不同升温速率及不同终温的影响,获得燃烧的一般规律;计算样品的动力学参数,得到试样活化能随转化率变化的特征;利用AKTS软件对恒温燃烧进行模拟预测并与流化床、固定床恒温结果进行对比分析;同时通过不同燃烧条件下半焦流化燃烧过程中的气体释放特性进行分析得出流化燃烧特性。利用热重分析仪在不同升温速率下对活性碳、龙口半焦的燃烧特性进行研究。通过TG-DTG曲线表明,半焦燃烧过程分为两个阶段,而活性炭燃烧过程只有一个阶段。随着升温速率的增加,各失重峰区逐渐变宽、峰值变大、燃烧曲线向高温段移动;同时着火和燃尽温度升高,单位时间内的反应速率也随之增加,各燃烧评价指数均增大。采用FWO法与Friedman法对活性炭与龙口半焦进行动力学研究,结果表明两种算法呈相同规律,而由Popescu法推断出活性炭燃烧符合反Jander三维扩散模型,半焦燃烧符合Avrami-Erofeev方程。采用间歇式流化床、自制U型管固定床对活性炭与半焦进行恒温燃烧试验。结果表明活性炭非等温燃烧活化能在可作为流化燃烧初始阶段的一个参考,而热重恒温燃烧与U型管固定床燃烧有一定的关联性;半焦流化燃烧与固定床燃烧得到的活化能均小于热重非等温燃烧的活化能。由预测失重曲线与不同燃烧器下的失重曲线对比分析可得到,活性炭固定床燃烧曲线与预测关联性较强,半焦流化燃烧曲线与预测值吻合度更好。为热重燃烧预测流化床、固定床燃烧提供了重要的理论依据。基于半焦流化燃烧特性的研究,对不同燃烧过程中的NO_x、SO_2释放特性进行分析。结果表明,随着床温与空气流量的增加,气体瞬时排放峰值减小;粒度的增加,SO_2的瞬时排放峰值变化趋势与NO_x相反;不同影响因素下,空气流速对NO和NO_x的影响程度最大,粒径次之;对于SO_2而言,床温的影响程度大于粒径及空气流量的影响,燃烧时间对气体释放量影响最小。

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