生物质热解气相产物析出特性及本征动力学研究

发布时间：2020-05-20 10:26

【摘要】：热解是生物质能转化为可利用的中间化学品的前沿技术之一。生物质热解过程中添加适当的催化剂可以有选择性的获得所需产物以及增大产率。但是不同金属盐对生物质热解产物的催化效果及催化机理并不相同。因此研究金属盐对玉米秸秆及其三组分热解气体产物的影响具有一定的实用价值。首先,在热重红外联用仪上开展玉米秸秆及三组分等温热解的实验研究,获得热分析基础数据,为后续等温快速热解实验提供参考。研究发现,玉米秸秆三组分的热稳定性存在较大差异,这种区别会对气体的产生过程产生影响。尽管主热解温度范围稍有差别,但是在温度超过550℃之后,玉米秸秆及三组分的热解均已完成,这对后期的微型流化床等温热解试验温度的确定提供了依据。其次,进行不同温度下玉米秸秆及三组分热解实验,对单组分的热解气体释放特性进行深入分析。在热解实验之前对微型流化床进行调试,优化玉米秸秆及其三组分热解时的相关实验条件,包括反应温度确定、流化气量选择、进料量等。通过气体释放特性的差异可以看出4种气体组分生成机理并不相同,这与热重实验结果一致。此外,对于每种气体组分,达到相同转化率的停留时间随着温度升高而逐渐缩短,说明高温对生物质热解反应的进行有益处。再次,进行金属盐催化生物质热解实验,旨在进一步掌握三种金属盐(NaCl,K_2CO_3和Na_2CO_3)对玉米秸秆热解气体产物的催化机理。在催化热解过程中,发现添加K_2CO_3、Na_2CO_3的加入促进了挥发分中含羰基、羧基化合物的分解进而使低温时生成CO、CO_2的转化率加快;而随着温度升高,三组分热解的相关反应都很容易发生,K_2CO_3、Na_2CO_3的参与作用并不明显,而且附着在三组分结构空隙中的金属盐还会阻碍气体从通道中析出,使CO、CO_2的转化率减慢。与纤维素和半纤维素不同的是金属盐使木质素上的苯环的稠环化加剧,促进了脱氢生成H_2,进而增强了木质素热解产物H_2的强度。最后进行本征动力学分析,采用模型积分法获得气体组分的活化能E值和指前因子A值,并对各模型的拟合结果进行评价,筛选出最适合的动力学模型。采用微型流化床可以克服仪器热滞后所带来的影响,获得热解本征动力学。研究发现CO和CO_2生成的活化能普遍比CH_4、H_2小,说明CO、CO_2比CH_4、H_2更容易生成。同时,添加三种金属盐会改变气体活化能,进而影响气体产物的释放特性及转化率。
【图文】：

生物质资源,转化方式,产物

东北电力大学工学硕士学位论文质利用源前景广阔，因为它们生长迅速、易燃、清洁。但是由于玉米密度低而导致在运输过程中的流动问题影响了其工业应用的潜气、固体和液体油或其他化学物质可以促进生物质的利用[12]。方式将生物质转化为生物能源用于产生热量和电力，为清洁环在替代不可再生化石燃料方面发挥重要作用。根据产物需求的下的转化：直接压缩、化学转化、生物转化等[13]，如图 1-1 所物理转化压缩成型成型燃料

样品,半纤维素,玉米秸秆

2.2 实验原料的选取及处理本实验所用的原料为玉米秸秆，取自于吉林市近郊。而玉米秸秆的主要组成成分（纤维素、半纤维素、木质素）购买于上海阿拉丁。由于半纤维素不稳定，故选取半纤维素中含量丰富的木聚糖作为半纤维素模化物。在热解实验之前需要对原料进行研磨筛分等预处理。具体做法是：（1）首先将风干后的玉米秸秆除秸秆以外的其他组织去除（穗、叶及根部），铡成长度约 2-3cm 的小段，然后使用 SDPP3*100 制样粉碎机进行粉碎。经粉碎后的颗粒反应接触面积增大，，使热解更充分。（2）然后采用 KH-35AS 电热恒温干燥箱对样品粉末干燥 24 小时，温度设置为105℃。（3）最后选取 200 目筛子对干燥后的样品进行筛分，以减少因粒径不同而造成的传热和传质问题。将处理好的样品存放置于恒温箱中，以备后续的实验和分析。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6

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