生物炭成型过程机理及成型炭的气化/还原特性研究
发布时间：2021-02-18 13:36
将生物质基原料压缩成型,能有效提高其体积能量密度及机械硬度,提升其运输存储性能同时有利于后续转化利用,对于促进生物质能规模化、资源化高效应用有重要的意义。生物质热解后得到的生物炭,其物理特性、组分含量、燃料特性以及化学结构等均发生了变化,因而具有与生物质原样不同的成型过程机理及转化规律。因此,本文主要针对生物炭成型过程及成型炭的气化/还原特性进行研究,讨论成型过程参数、黏结剂等对热解炭成型的影响,阐释成型过程机理,然后对成型炭的热解气化、还原铁矿粉等转化过程中的反应特性、结构演变、反应机理等进行探究,探索成型炭的转化过程机理,为成型炭的高效应用提供理论指导。所做的研究工作主要有:以木屑为典型原料在不同温度下热解得到生物炭,然后考察成型压力、水分添加量、热解温度等对成型的影响。结果表明随着成型过程中压力及水分添加量的增加,成型炭的硬度均先升高后降低,而密度也相应地出现拐点。而随着热解温度的升高,成型炭硬度、密度等品质特性先降低而后升高,且高温成型炭品质要好于低温成型炭,当热解温度为550-650℃、成型压力为128 MPa,水分添加为30-35%时,热解成型炭体积密度较大,机械抗压强度较...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
000-2016年中国主要能源资源来源与年均增长率
而炭化成型是将生物质先热解炭化然后将生物炭压缩成型的技术。原料、含水率、粒径、官能团等生物质基原料物理化学特性以及压缩过程中压型速度、模具形状及尺寸等成型条件是影响生物质基原料成型的主要因素于生物质原料，成型后生物质具有的主要优势有[19]：较大的体积能量密度，提升运输效率，便于存储及后续处理；形状规则，性状均匀，便于工业生产；改善燃烧特性，燃烧污染少；原料成型后的物化结构有利于后续热解/气化利用。近期，研究者对生物质炭化后再成型的研究较为关注，主要是因为将生物质低温/高温）处理后，生物质内物理化学结构发生改变，含氧量降低，能量，疏水性降低，孔隙结构更发达，成型后燃料品质进一步提高，有利于转化高品质的燃料、化学产品以及碳材料[22]。生物质炭化后再成型的主要工艺步2 所示。
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文品质进行提升，氮气是实验室常用的气体以保证实验系统的惰性氛围[23]。因为热程与烘焙类似，只是热解温度通常在 350-650℃，因此低温热解又称为烘焙[22]。生物质原样具有高水分含量、低热值、亲水性以及较小的体积密度和堆积密度，于生物质的存储、运输及转化利用，而烘焙处理能有效改善生物质的这些缺陷[24, 图 1-3 所示，相较于生物质原样，低温热解后的生物炭主要变化有：（1）较大的热值和能量密度；（2）较低的 O/C 及 H/C 摩尔比及较低的水分含量；（3）较高的疏水性或吸水抗性；（4）较好的可磨性及反应性；（5）生物质特性均一性更好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米秸秆生物炭压制成型特性研究[J]. 陈天佑,孟军,辛明金,张强,宋玉秋,任文涛,姜雪. 沈阳农业大学学报. 2016(06)
[2]型煤粘结剂研究进展[J]. 李会玲. 山东化工. 2016(09)
[3]粉煤成型技术研究进展[J]. 许伟,王鹏山,石鑫. 山东化工. 2016(04)
[4]生物质型煤的制备及微观结构分析[J]. 杨凤玲,韩海忠,曹希,张培华,李毓婷,程芳琴. 洁净煤技术. 2015(01)
[5]木材热解过程的热化学平衡分析[J]. 钱红亮,杨婷婷,刘畅,冯新,陆小华. 化工学报. 2014(05)
[6]温度对烟杆热解炭、气、油联产特性的影响[J]. 胡强,陈应泉,杨海平,郝宏蒙,王贤华,陈汉平. 中国电机工程学报. 2013(26)
[7]中国型煤专利技术分析[J]. 朱红龙,张亚飞,郭丽玲,黄光许,张传祥. 洁净煤技术. 2013(02)
[8]生物炭应用技术研究[J]. 陈温福,张伟明,孟军,徐正进. 中国工程科学. 2011(02)
[9]生物质炭粉成型工艺及燃烧性能[J]. 刘石彩,边轶,童娅娟,蒋剑春. 生物质化学工程. 2011(01)
[10]典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验[J]. 罗娟,侯书林,赵立欣,孟海波,田宜水. 农业工程学报. 2010(05)
博士论文
[1]烘焙预处理及后成型制备高品质生物质固体燃料研究[D]. 张燕.东北林业大学 2016
[2]生物质热化学利用过程中无机矿物质转化规律及灰熔融特性研究[D]. 杜胜磊.华中科技大学 2014
[3]干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究[D]. 陈登宇.中国科学技术大学 2013
[4]基于褐煤的生物质型煤成型机理及其特性研究[D]. 肖雷.中国矿业大学 2011
本文编号：3039630
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
000-2016年中国主要能源资源来源与年均增长率
而炭化成型是将生物质先热解炭化然后将生物炭压缩成型的技术。原料、含水率、粒径、官能团等生物质基原料物理化学特性以及压缩过程中压型速度、模具形状及尺寸等成型条件是影响生物质基原料成型的主要因素于生物质原料，成型后生物质具有的主要优势有[19]：较大的体积能量密度，提升运输效率，便于存储及后续处理；形状规则，性状均匀，便于工业生产；改善燃烧特性，燃烧污染少；原料成型后的物化结构有利于后续热解/气化利用。近期，研究者对生物质炭化后再成型的研究较为关注，主要是因为将生物质低温/高温）处理后，生物质内物理化学结构发生改变，含氧量降低，能量，疏水性降低，孔隙结构更发达，成型后燃料品质进一步提高，有利于转化高品质的燃料、化学产品以及碳材料[22]。生物质炭化后再成型的主要工艺步2 所示。
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文品质进行提升，氮气是实验室常用的气体以保证实验系统的惰性氛围[23]。因为热程与烘焙类似，只是热解温度通常在 350-650℃，因此低温热解又称为烘焙[22]。生物质原样具有高水分含量、低热值、亲水性以及较小的体积密度和堆积密度，于生物质的存储、运输及转化利用，而烘焙处理能有效改善生物质的这些缺陷[24, 图 1-3 所示，相较于生物质原样，低温热解后的生物炭主要变化有：（1）较大的热值和能量密度；（2）较低的 O/C 及 H/C 摩尔比及较低的水分含量；（3）较高的疏水性或吸水抗性；（4）较好的可磨性及反应性；（5）生物质特性均一性更好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米秸秆生物炭压制成型特性研究[J]. 陈天佑,孟军,辛明金,张强,宋玉秋,任文涛,姜雪. 沈阳农业大学学报. 2016(06)
[2]型煤粘结剂研究进展[J]. 李会玲. 山东化工. 2016(09)
[3]粉煤成型技术研究进展[J]. 许伟,王鹏山,石鑫. 山东化工. 2016(04)
[4]生物质型煤的制备及微观结构分析[J]. 杨凤玲,韩海忠,曹希,张培华,李毓婷,程芳琴. 洁净煤技术. 2015(01)
[5]木材热解过程的热化学平衡分析[J]. 钱红亮,杨婷婷,刘畅,冯新,陆小华. 化工学报. 2014(05)
[6]温度对烟杆热解炭、气、油联产特性的影响[J]. 胡强,陈应泉,杨海平,郝宏蒙,王贤华,陈汉平. 中国电机工程学报. 2013(26)
[7]中国型煤专利技术分析[J]. 朱红龙,张亚飞,郭丽玲,黄光许,张传祥. 洁净煤技术. 2013(02)
[8]生物炭应用技术研究[J]. 陈温福,张伟明,孟军,徐正进. 中国工程科学. 2011(02)
[9]生物质炭粉成型工艺及燃烧性能[J]. 刘石彩,边轶,童娅娟,蒋剑春. 生物质化学工程. 2011(01)
[10]典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验[J]. 罗娟,侯书林,赵立欣,孟海波,田宜水. 农业工程学报. 2010(05)
博士论文
[1]烘焙预处理及后成型制备高品质生物质固体燃料研究[D]. 张燕.东北林业大学 2016
[2]生物质热化学利用过程中无机矿物质转化规律及灰熔融特性研究[D]. 杜胜磊.华中科技大学 2014
[3]干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究[D]. 陈登宇.中国科学技术大学 2013
[4]基于褐煤的生物质型煤成型机理及其特性研究[D]. 肖雷.中国矿业大学 2011
本文编号：3039630
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