竹材热解多联产产物特性的实验研究

发布时间：2020-06-05 04:42

【摘要】：竹材作为生物质能的一种，在能源化利用和制备竹炭材料方面都具有广阔的前景，而生物质热解多联产技术相对于传统热解技术而言无论在技术上还是经济上都具有明显的优势。本文对竹材热解多联产过程与产物特性演变规律进行了深入探讨。 首先，在热重分析仪(TGA)进行了竹材10~40℃/min升温速率下热失重实验，求解了热解动力学参数，发现样品中纤维素与半纤维素含量越高失重速率越大残余量越小，竹材热解TG曲线随着升温速率的增大逐步向高温侧移动，同时热解温度范围变得更宽。单一扫描率法求取的反应活化能E是其平均值，等转化率法求得活化能在115~165kJ/mol之间变化，在转化率约50%时达到最大值。 接着，在固定床反应器上对竹材250~950℃热解多联产三态产物特性进行了研究，采用比表面积分析仪分析了竹材热解过程中孔隙结构特性，引入分形理论对竹材热解焦颗粒孔隙结构分形特征进行了探讨。结果表明，纤维素和半纤维素在较低温度下热解释放出大量的CO和CO2，同时生成乙酸、糠醛和酮类物质；450~650℃之间木质素大量分解使得H2和CH4含量上升，苯酚类物质含量迅速增加并开始出现萘、茚等物质；750℃后焦油二次反应加剧。随着热解温度的升高，SBET与孔容积先迅速增大而后逐渐减小，平均孔径则先减小后增大，650℃竹材热解焦具有较好的孔隙结构。竹材热解焦表面分形维数D1和体积分形维数D2均先增大后减小，表征了焦炭孔隙先逐步繁荣而后衰败的过程。 然后，，提出了竹材热解多联产的思路，建立了中试规模的移动床式热解多联产系统，并进行了系列调试和试验研究。结果表明该系统能够连续稳定地运行，很好地实现了生物质分步热解，气体产物热值可达12MJ/m3，液体产物以轻质组分为主，固体产品炭热值约28MJ/kg，该系统能很好地实现竹材气、液、固三态产物的热解多联产应用。 最后，在TGA上进行了竹材热解焦燃烧与气化实验，发现焦炭着火温度随着制焦温度升高先逐渐增大，在650℃热解时有所降低，而后着火温度再次升高；低温热解焦炭综合燃烧特性较差，650℃热解焦炭综合燃烧特性最好，高温热解焦燃烧特性急剧变差。竹材热解焦气化过程受表面官能团、孔隙结构和碱金属含量等多重因素的影响，竹材热解焦的整体反应活性因子K在制焦温度650℃时达到最大值，说明在气化过程的影响因素中孔隙结构特性占据了非常重要地位。
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以对其进行大规模高效利用，如何对其高质化利用是目前研究的重点，此方面的研究成果在国内外已有了大量的报道[14, 15]。目前生物质能源化利用方式主要有固化成型、热化学转化和生物化学转化等，其中热化学转化又可分为直接燃烧、热解、气化和液化四类，如图 1-1 所示。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2697523