生物质热解动力学及反应机理的研究

发布时间：2020-04-08 13:36

【摘要】：生物质是一种优秀的可再生资源，，其中纤维素类生物质的热化学利用是解决能源和化工材料短缺的有效途径。本文通过热重-红外联用的实验，以及工业分析、元素分析、化学成分分析、ICP离子分析以及FTIR红外分析等手段，对稻壳、甘蔗渣、紫茎泽兰、烟杆等18种常见生物质样品进行了研究，讨论其各项基本性质及热解行为；并利用傅里叶红外分析仪对CO、CO_2、CH_4和NH_3等气体进行在线定量分析，对比分析不同气氛、粒径和升温速率下的热重曲线及热解产物，探讨了一些生物质热解过程中的变化规律；提出了一种基于分布活化能理论的热解产物直接求解法，即基元反应机理。研究结果表明：上述生物质样品虽然形态各异，元素含量、灰分、可燃质含量各不相同，但是具有非常相似的内部组成和相似的热解特性。通过对比分析发现在一个较小的范围内，气氛、粒径和升温速率不会对热解速率产生显著的影响，但是会改变上述气体产物的析出量。此外还讨论了生物质中所含金属离子、有机基团等对热解过程产生的影响。实验中重点分析了两种生物质样品玉米芯和树根的热解行为，其中玉米芯的DTG曲线在低温区出现一个额外的强热解失重峰，而树根在高温区出现了一个额外的较强失重峰。分析表明，玉米芯样品中存在一种结构类似木聚糖的物质，且该物质的聚合度小于半纤维素，而树根中存在某种独特的大分子物质，在较高温发生热解生成大量一氧化碳。基于上述实验所提出的基元反应机理认为：1）所有生物质由相同的基元组分构成，其区别仅在于各组分比例的不同；2）生物质的一切宏观特性具有可叠加性，例如某种气体的总析出量等于左右基元反应析出量之和。本文利用这种方法对一氧化碳和甲烷的产量进行了分析和验证。该基元反应机理既反应了生物质类样品热解的动力学特性，又能通过生物质的热重曲线直接获得气体产物的总产量。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK6

【参考文献】