基于组分的生物质混合热解实验研究

发布时间：2020-04-05 18:56

【摘要】：随着日益严重的能源危机,生物质能的开发已经得到世界各国的高度重视。生物质热解技术因能得到气、液和固态三相产物而受到广泛关注。木质纤维素类生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,三种组分不同的热解特性导致生物质热解较为复杂,而部分重叠的热解温度区间和部分相同的热解产物使三组分在热解过程中存在相互耦合的影响。基于此,本文采用纤维素、半纤维素和木质素,通过热重分析仪和Py-GC/MS分别对生物质三组分之间的热解相互作用进行了深入研究。首先,本文利用两种实验仪器对三组分分别进行热解实验,明确了三组分的热失重特性和热解产物的组成及分布。热重结果表明纤维素在三组分中的热失重速率最大,木质素最小;木质素的热解温度区间最广泛,纤维素最窄;木质素的焦炭产率最高,纤维素的挥发分产率最高;半纤维素的热稳定性最差,也最先开始热解。GC/MS结果表明纤维素的热解产物主要是以左旋葡聚糖为主的糖类,还有一些酸类、酮类等小分子产物;半纤维素的主要热解产物种类最多且以小分子酸类、酮类和醛类等产物为主;木质素的热解产物种类最少,热解产物主要是以愈创木酚为主的酚类。其次,本文对生物质三组分进行不同比例的混合,利用热重分析仪从热失重曲线方面研究三组分之间的相互作用,结果发现纤维素和半纤维素之间的相互作用能够抑制纤维素热失重过程中的失重速率,并且增大了纤维素的热解温度区间,但对半纤维素的热失重过程并无明显影响;当混合样品中木质素的含量较多时,半纤维素和木质素之间的相互作用能够促进半纤维素的反应速率,但对木质素无明显影响;纤维素和木质素之间的相互作用使得纤维素的反应速率下降,并且随着混合样品中木质素含量的增多,下降的越明显,而且其也能够减少混合样品中固体产物的产率;然后采用C-R积分法进行了活化能计算,验证了热重实验结果。最后,本文利用Py-GC/MS实验仪器探讨了三组分之间的相互作用对热解产物种类和某些产物产率的影响,结果表明纤维素和半纤维素之间的相互作用对纤维素的热解起到了抑制作用,并且降低了左旋葡聚糖的产率,提高了羟基丁酮的产率;木质素的存在并未抑制半纤维素的热解过程,目半纤维素和木质素之间的相互作用提高半纤维素某些小分子产物如羟基丁酮的产率,而半纤维素的存在则降低了木质素中愈创木酚的产率;纤维素和木质素之间的相互作用促进了小分子产物的产率,但是抑制了左旋葡聚糖和愈创木酚的产率。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6

【参考文献】