摘要
水热炭化(HTC)是一种有效的生物质预处理方式。生物质经水热炭化处理后，生成能量密度高、均质化的固体燃料水热炭(HC)。结合水煤浆技术，水热炭与煤混合制备生物质水煤浆，可实现气化过程资源化利用。本文以玉米秸秆为原料，通过水热炭化预处理，与神华煤混合制浆，研究改善生物质水煤浆成浆性能的方法，分析水热炭与神华煤共气化过程的协同行为，为生物质水煤浆成浆特性及气化反应性提供重要理论借鉴。主要研究内容及结论如下: 1.考察了水热炭化温度(180℃、200℃、220℃和240℃)、终温停留时间(30min、60min、90min和120min)和原料粒径(150-200μm,200-250μm和250-300μm)对玉米秸秆水热炭化过程的影响，探究了适用于制备生物质水煤浆的水热炭最佳反应条件。随着温度升高和终温停留时间延长，水热炭热值增加，收率和能量产率下降。温度220℃，终温停留时间60min工况下，玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素完全分解。随着原料粒径范围的扩大，水热炭收率逐渐降低，粒径200-250μm,水热炭能量产率最高为80.81％。由玉米秸秆炭化分解程度及能量产率，适合制备生物质水煤浆的水热炭反应条件为粒径200-250μm、温度220℃、终温停留时间60min。 2.将玉米秸秆水热炭与神华煤混合制备生物质水煤浆，探究了颗粒粒度级配、水热炭掺混量对浆体成浆性能的影响，考察了不同第二液体煤油修饰方式和用量对浆体成浆性能的影响。加入水热炭后，煤颗粒以粗细比5∶5混合制备生物质水煤浆性能最佳，此过程实现了水热炭对粗颗粒的定向替代。加入水热炭会降低生物质水煤浆的表观粘度和最大成浆浓度。水热炭掺混量为5％、10％和15％时，生物质水煤浆最大成浆浓度分别为59.8％、58.2％和56.3％。采用第二液体煤油修饰成浆颗粒，可提高颗粒疏水性，降低浆体表观粘度。煤油修饰水热炭时，浓度为60％的生物质水煤浆的表观粘度为1062.2mPa·s。 3.基于热重分析法，考察了不同水热炭化温度的玉米秸秆水热炭反应特性，探究了玉米秸秆水热炭与神华煤(水热炭掺混量5％、10％和15％)的共热解/气化反应特性、协同行为和动力学特性。神华煤、玉米秸秆水热炭及其混合物气化过程分为热解和焦气化阶段。各反应阶段混合样的反应活性介于神华煤和玉米秸秆水热炭之间。共气化过程存在协同效应，反应活性指数相对偏差分别为4.82％、4.94％、6.75％。体积反应模型(O1)和缩核模型(R2和R3)均能有效对单一样品及混合样品进行关联拟合。
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