生物质热解炭化制备成型生物质炭的实验研究

发布时间：2020-10-09 12:27

　　生物质能作为一种清洁、高效、可再生的新能源,同时也是唯一可再生碳源引起了世界的广泛关注。生物质固化成型技术和热解技术是对生物质资源进行开发和利用的一种简洁而高效的途径。生物质炭是热解过程的主要固体产物,是一种含碳量较高的物质,具有广泛用途,并且在一定条件下,生物质炭可与CO2发生反应,达到减少CO2的目的。本文以松木屑为原料,围绕其成型特性、成型生物质热解成炭特性及生物质在CO2气氛下的热解特性进行相关的基础研究。基于成型和热解制炭考虑,原料应选择灰分含量低、木质素含量高的生物质,因为本文选取送木屑作为原料。通过对生物质成型特性的研究发现,成型生物质和原始粉体生物质的组成成分以及热值均无明显变化,即生物质成型过程是一个物理过程。热成型生物质的成型密度普遍高于常温成型(冷成型)。成型生物质的密度与成型温度、成型压力、生物质粒度和压模形状均有直接关系。其次,在不同热解参数下,对成型生物质炭各项特性进行了研究。研究得到：热解参数决定了生物质炭的各项特性,当热解终温由400℃逐渐升至700℃时,生物质炭的热值、固定碳、灰分、碳含量、孔隙结构发达程度、聚合度和石墨化程度都有所提高,但其产率、挥发分、氢和氧含量都有不同程度下降；在热解终温较低(400℃)时,随着升温速率的升高,生物质炭产量有逐渐上升的趋势,但当热解温度升高时(500℃-700℃),生物质炭产量随升温速率升高而显著下降；对比成型生物质炭和粉体生物质炭可得,成型炭具有较高的炭产率、灰分、石墨化程度以及更有序的孔隙结构,但热值稍低。通过研究成型生物质热解成炭动力学可知,随着升温速率的升高,热解反应会出现程度不同的热滞后现象。经计算和比较不同的热解机理函数,Ginstling-Brounshtein方程具有较好的拟合度,较为符合本文成型生物质的热解过程,经计算,成型生物质热解的活化能约为103～107kJ/mol。通过研究在CO2气氛下成型生物质在不同热解温度下的热解特性发现,终温为800℃的热解过程对于CO2的转化有较为明显的效果,,热解温度低于800℃时效果不明显。通过对比不同热解气氛,CO2气氛可促进生物质脱挥发反应的提前进行,其中CO2、CO和CH4的析出峰值均有提前；CO2气氛还抑制了CH4的热裂解产量,从而抑制了H2的产量。在800℃制备的成型生物质炭的炭质化程度较高,挥发分含量较低,具有较高的热值且仅含有极少量的氮和硫元素,具备替代煤炭等固体化石燃料的潜力；成型生物质炭的抗压强度较好,具备成为冶金行业还原剂的潜力。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TK6
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 课题研究相关进展
        1.2.1 生物质热解炭化的研究现状
        1.2.2 生物质固化成型研究现状
        1.2.3 生物质制炭工业化应用
    1.3 课题研究内容
第二章成型炭化原料选择和生物质成型特性研究
    2.1 成型炭化原料选择
        2.1.1 工业分析
        2.1.2 木质素含量
    2.2 生物质成型特性研究
        2.2.1 生物质成型实验设计
        2.2.2 生物质成型结果和分析
    2.3 本章小结
第三章成型生物质炭特性研究
    3.1 生物质热解制炭实验设计
    3.2 成型生物质炭特性研究
        3.2.1 生物质炭的分析检测
        3.2.2 分析检测结果
        3.2.3 总结与讨论
    3.3 成型生物质成炭动力学研究
        3.3.1 成型生物质热重实验
        3.3.2 实验结果
        3.3.3 生物质热解成炭动力学
    3.4 本章小结
2气氛下热解特性研究'>第四章成型生物质在CO₂气氛下热解特性研究
2气氛下热解特性研究实验设计'>    4.1 成型生物质在CO₂气氛下热解特性研究实验设计
2气氛下热解特性研究'>    4.2 成型生物质在CO₂气氛下热解特性研究
        4.2.1 气体成分检测结果
        4.2.2 成型生物质炭性能检测
    4.3 本章小结
第五章总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录

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