松木屑加压热解及产物特性研究

发布时间：2020-11-21 00:11

　　 近年来,由于化石燃料的利用带来的能源短缺和环境污染问题日益尖锐,生物质热解技术受到越来越多的关注。在传统热解技术中,焦油问题是阻碍其广泛推广的棘手难题,加压热解无疑是解决这一难题的重要方法。本论文利用自制高温高压反应釜开展松木屑常压和加压热解实验,研究了温度、压力和进料方式对热解过程中产物质量分布和产物特性的影响。主要研究成果如下:(1)松木屑的热解过程可以3个阶段:物料干燥阶段、一次热解反应阶段和残渣的二次热解阶段。其中,一次热解反应阶段的失重率为63.10%,是发生热解反应的主要阶段。(2)在松木屑的常压热解实验中,焦油是热解的主要产物,其产率在33.47%~45.97%之间。而在加压热解中,高压促进了焦油的二次裂解,600°C压力为5MPa时,焦油含量为14.24%。高温进料时,热解气和焦油的产率明显增加,生物炭和水的产率明显下降,其中焦油产率比常温进料时高11.26%。(3)在常压热解中,CO是高温区间的主要气体成分,且随温度的升高,CO和H_2含量呈上升趋势而CO_2和CH4的含量则呈下降趋势。在加压状态下,加压促进了焦油的脱羧基作用,当压力升高时,CO_2含量持续增加。高温进料不利于焦油和热解气间的二次裂解反应,从而导致H_2、CH4和CO_2的含量明显下降。(4)提高热解压力,焦油含氧量明显减少。压力促进了焦油二次裂解生成小分子醛、酮和酸等化合物。600°C,3 MPa下松木屑加压热解油的主要组分为含氧化合物,苯酚和乙酸是加压热解油中含量最多的两种物质。(5)随热解温度的升高,生物炭中挥发分和H、O元素的含量逐渐降低,固定碳和灰分含量逐渐升高。生物炭的FTIR分析表明高温促进了木质素和多聚糖类物质的降解;高压对木质素的降解并无抑制作用,但会促进脂肪族类有机物的降解。提高热解压力和热解温度,生物炭燃烧性能明显提高,600°C,3 MPa下的生物炭热分解的温度区间为480~615°C,其失重率在480~600°C范围内均维持在6%·min-1以上。从微观结构来看,加压促进了生物炭内部的膨胀,而且随着热解压力的升高,生物炭表面变得更加粗糙,孔隙结构更加发达。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK6
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 生物质与生物质能及其特性
    1.2 生物质的组成与结构
    1.3 生物质能利用现状
    1.4 生物质能转换技术概述
        1.4.1 直接燃烧技术
        1.4.2 热化学转化技术
        1.4.3 生物化学转化技术
    1.5 生物质加压热解的研究进展
        1.5.1 生物质热解机理及研究现状
        1.5.2 生物质加压热解的研究现状
    1.6 本课题的研究目的、内容及技术路线
        1.6.1 研究目的及内容
        1.6.2 技术路线
2 实验部分
    2.1 热解实验设备
    2.2 实验原料及热解装置
        2.2.1 实验原料及特性
        2.2.2 加压热解实验装置
    2.3 实验步骤
        2.3.1 松木屑常压热解实验步骤
        2.3.2 松木屑加压热解实验步骤
    2.4 热解产物的分析方法及数据处理
        2.4.1 气体产物的分析方法
        2.4.2 液体产物的分析方法
        2.4.3 固体产物的分析方法
        2.4.4 数据处理方法
3 松木屑常压热解特性研究
    3.1 松木屑热解过程分析
    3.2 常压热解产物质量分布
    3.3 常压热解气体组分分析
    3.4 常压热解生物炭和热解油的特性分析
    3.5 本章小结
4 松木屑加压热解特性研究
    4.1 加压热解产物质量分布
        4.1.1 温度对产物质量分布的影响
        4.1.2 压力对产物质量分布的影响
        4.1.3 进料方式对产物质量分布的影响
    4.2 加压热解气体组分分析
        4.2.1 温度对热解气体组分的影响
        4.2.2 压力对热解气体组分的影响
        4.2.3 进料方式对热解气体组分的影响
    4.3 加压热解油的特性分析
        4.3.1 热解油元素组成分析
        4.3.2 傅里叶变换红外光谱分析
        4.3.3 气象色谱质谱联用仪分析
    4.4 加压热解生物炭的特性分析
        4.4.1 生物炭的基本特性分析
        4.4.2 生物炭燃烧特性分析
        4.4.3 傅里叶变换红外光谱分析
        4.4.4 扫描电镜分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2892224