热解法生产成型生物质炭及其副产物特性研究

发布时间：2020-04-24 08:34

【摘要】：生物质能是人类赖以生存的重要能源,它仅次于煤炭、石油和天然气,居于世界能源消费总量的第四位,在整个能源系统中占有重要地位。我国的生物质资源十分丰富,但是生物质能量密度低、分布不集中,限制了生物质的规模生产和利用,而生物质成型技术和热解技术可有效地解决上述问题,使生物质资源得到有效利用。本论文根据不同生物质资源的化学成分分析、原料工业分析及对应的生物质炭工业分析,选取竹材、松木屑和核桃壳为原料,采用螺旋挤压成型设备,把原料压缩成棒状燃料。试验研究了生物质成型燃料成型的影响因素和物理性能,得出适宜的成型温度在170-200℃之间,适宜的原料粒度应大于40目,适宜的原料含水率范围是9%-11%,这为生物质成型燃料的生产和使用提供基础理论数据。利用热分析技术研究了竹材、松木屑和核桃壳的热解过程,分析了此类生物质的热解规律。通过改变热解温度、升温速率和热解时间,研究了这些因素对竹材、松木屑、核桃壳、竹材与核桃壳的混合物、松木屑与核桃壳的混合物热解成炭的性能影响。采用正交实验和多指标直观分析法,通过各因素对成型炭性能参数影响的综合分析评价,得到了竹材的最佳热解温度是400℃、最佳升温速率是10℃/min、最佳热解时间是30min,松木屑最佳热解温度是400℃、最佳升温速率是5℃/min、最佳热解时间是30min,核桃壳的最佳热解温度是500℃、最佳升温速率是5℃/min,最佳热解时间是30min,为竹材、松木屑和核桃壳的综合利用提供依据。对生物质炭进行了工业分析,得到松木炭的固定碳含量达到一级标准,由竹材、核桃壳、75%核桃壳25%竹材和75%核桃壳25%松木屑制备的生物质炭达到优级标准。对生物质炭进行发热量测定,得出生物质炭的发热量大致在32MJ/kg-34MJ/kg,作为固体燃料的燃烧效果优于生物质原料。对生物质炭进行化学活性分析得到,生物质炭的化学活性与温度有着密切的联系,3种生物质炭的化学活性随温度的升高先急剧上升,之后趋于平缓,竹炭、松木炭和核桃壳炭3种生物质炭的还原率分别可达90.17%、86.46%和92.34%,由此可见,3种生物质炭的反应性能较好。对生物质炭进行结构参数分析,结合炭产物的SEM分析,确定生物质炭表面主要是中孔和大孔结构。对生物质热解燃气进行了GC分析,确定在热解过程中产生的气体主要成分为CO、H2、C02、CH4、C2H4、C2H6。热解温度对热解燃气的成分分布起着决定性的作用,升高热解温度有利于燃气的生成。通过计算生物质热解燃气的密度值和热值,发现生物质热解燃气的密度大致为1.0kg/m3-1.7kg/m3,随着热解温度的升高燃气密度降低；燃气热值大致为12000kJ/m3-16500kJ/m3,属于中值燃气,燃气热值随热解温度的升高,先升高后下降,这可能和气体含量随温度的变化有关。对热解得到的焦油进行分析,得到生物质焦油的热值大致在32MJ/kg-34MJ/kg,生物质焦油只含极少量的氮且都不含硫,所以可将生物质焦油作为一种循环环保液体燃料使用。对生物质焦油进行GC-MS分析,结果表明生物质焦油是复杂的有机化合物的混合物,包含了大部分的有机物类别,大致可分为芳香族、机酸、醛酮类、醇类、酯类、呋喃类、吡喃类和脱水糖类八大类,其中芳香族化合物占总量的50%左右,而芳香族化合物中又以酚类居多。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6

【参考文献】