生物质热解气化气相产物释放特性和焦结构演化行为研究
发布时间：2021-04-16 08:44
随着化石能源的日益紧缺和环境污染的日趋严重,生物质能的资源化利用引起了全世界的广泛关注。农业废弃物作为我国主要的生物质能资源,其洁净高效转化技术的研究和开发对于建立可持续发展的能源系统,促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大意义。基于国内外在生物质热解和气化方面的研究进展及不足,本文以中国4种典型农业废弃物玉米秆、稻草、棉秆和谷壳为研究对象,深入研究热解和气化过程中气体产物的释放规律、形成机理及焦颗粒结构的演变行为,对于深刻揭示生物质热解和气化机理具有重要的意义。首先采用TG/DTG技术研究农业生物质的热解特性,获得生物质在挥发分析出阶段的特征参数,定量描述了升温速率对生物质热解特性的影响,建立了生物质热解的反应动力学模型。结果表明,农业生物质的热解表现出相似的规律,热分解主要集中200-500℃。随着升温速率的增大,挥发分析出阶段的起始和终止温度、峰值温度均向高温侧轻微移动,并且主热解反应温度区间也在增大。最大热解速率随着升温速率的增大呈线性增大趋势。三组分模型可以很好地模拟木质纤维类生物质在不同升温速率下的热解行为。半纤维素、纤维素和木质素的热解活化能分别在98-114kJ/m...
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物质能利用过程中二氧化碳零排放示意图
生物质作为有机含碳物质，其化学组成主要有纤维素、半纤维素、木质素、提取物和少量无机矿物类成分。纤维素、半纤维素和木质素相互穿插交织构成复杂的高聚合物体系，可以通过生物化学法或热化学法将其断裂开。图1.2给出了断裂前后三种主要生物质组分变化示意图。在断裂过程中生物质聚合体经过重新构建从而形成更稳定的产物。木质素纤维素半纤维素图1.2断裂前后三种主要生物质组分变化示意图【川:31纤维素纤维素是生物质中最主要的组分，是由脱水D一毗喃式葡萄糖单元通过相邻糖单元的1位和4位之间的户糖昔键连接而成的线形高分子聚合物，分子式为(C6Hlo05)n(n为聚合度)[l2]，其中碳、氢和氧元素的含量分别为44.44%、6.17%和4939%。纤维素的化学结构示意图如图1.3所示。纤维素呈现出晶体结构，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂等，无还原性，较难水解，其分子量约为 50000~2500000，平均聚合度一般在 10000以上。纤维素的反应活性主要取决于葡萄糖单元上经基的性质，由于空间位阻等因素
图1.6生物质能利用技术简图1生物质热解技术生物质热解是指在一定的热力学条件下，生物质在无氧或缺氧环境中热裂解、焦炭和可燃气体的过程。生物质热解是一个非常复杂的过程，其真实的若干不同路径的一次、二次乃至高次反应。升温速率是影响生物质热解特性之一，按照升温速率的快慢可将生物质热解分为慢速热解、快速热解和闪速质热解过程大致可分为三个阶段:(l)干燥预热阶段，在热量的作用下，首先吸附水以蒸发的形式释放出来物质发生解聚及“玻璃化转变”现象，这在一定程度上改变了生物质自身。(2)挥发分析出阶段，这是生物质热解过程的主要阶段，生物质裂解释放
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质气化工艺及装置研究进展[J]. 高翔,李海英,武志飞. 应用能源技术. 2009(11)
[2]串行流化床稻秸气化合成甲醇的模拟[J]. 张亚男,肖军,沈来宏. 中国电机工程学报. 2009(32)
[3]两段式秸秆气化炉中当量比对气化特性的影响[J]. 陈亮,苏毅,陈祎,罗永浩,陆方,吴文广. 中国电机工程学报. 2009(29)
[4]松木屑水蒸气催化气化制氢及其大物料量气化动力学研究[J]. 王荣静,李爱民,高宁博,全翠. 太阳能学报. 2009(09)
[5]粒径对生物质催化气化特性的影响[J]. 罗思义,肖波,胡智泉,刘石明. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(09)
[6]棉秆不同组分热解特性及动力学[J]. 周岭,周福君,蒋恩臣,王明峰. 农业工程学报. 2009(08)
[7]中国生物质能源产业发展研究[J]. 叶迎. 安徽农业科学. 2009(23)
[8]生物质热解动力学模型的研究[J]. 王新运,陈明强,王君,万新军. 化学与生物工程. 2009(07)
[9]小麦与玉米秸秆的热解过程及其动力学分析[J]. 浮爱青,谌伦建,杨洁,朱振忠. 化学工业与工程. 2009(04)
[10]蔗渣半纤维素的热裂解特性及动力学研究[J]. 彭云云,武书彬. 造纸科学与技术. 2009(03)
博士论文
[1]生物质直接脱氧液化产物生物石油的分析与精制[D]. 李金花.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2008
[2]油棕废弃物热解的实验及机理研究[D]. 杨海平.华中科技大学 2005
本文编号：3141112
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物质能利用过程中二氧化碳零排放示意图
生物质作为有机含碳物质，其化学组成主要有纤维素、半纤维素、木质素、提取物和少量无机矿物类成分。纤维素、半纤维素和木质素相互穿插交织构成复杂的高聚合物体系，可以通过生物化学法或热化学法将其断裂开。图1.2给出了断裂前后三种主要生物质组分变化示意图。在断裂过程中生物质聚合体经过重新构建从而形成更稳定的产物。木质素纤维素半纤维素图1.2断裂前后三种主要生物质组分变化示意图【川:31纤维素纤维素是生物质中最主要的组分，是由脱水D一毗喃式葡萄糖单元通过相邻糖单元的1位和4位之间的户糖昔键连接而成的线形高分子聚合物，分子式为(C6Hlo05)n(n为聚合度)[l2]，其中碳、氢和氧元素的含量分别为44.44%、6.17%和4939%。纤维素的化学结构示意图如图1.3所示。纤维素呈现出晶体结构，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂等，无还原性，较难水解，其分子量约为 50000~2500000，平均聚合度一般在 10000以上。纤维素的反应活性主要取决于葡萄糖单元上经基的性质，由于空间位阻等因素
图1.6生物质能利用技术简图1生物质热解技术生物质热解是指在一定的热力学条件下，生物质在无氧或缺氧环境中热裂解、焦炭和可燃气体的过程。生物质热解是一个非常复杂的过程，其真实的若干不同路径的一次、二次乃至高次反应。升温速率是影响生物质热解特性之一，按照升温速率的快慢可将生物质热解分为慢速热解、快速热解和闪速质热解过程大致可分为三个阶段:(l)干燥预热阶段，在热量的作用下，首先吸附水以蒸发的形式释放出来物质发生解聚及“玻璃化转变”现象，这在一定程度上改变了生物质自身。(2)挥发分析出阶段，这是生物质热解过程的主要阶段，生物质裂解释放
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质气化工艺及装置研究进展[J]. 高翔,李海英,武志飞. 应用能源技术. 2009(11)
[2]串行流化床稻秸气化合成甲醇的模拟[J]. 张亚男,肖军,沈来宏. 中国电机工程学报. 2009(32)
[3]两段式秸秆气化炉中当量比对气化特性的影响[J]. 陈亮,苏毅,陈祎,罗永浩,陆方,吴文广. 中国电机工程学报. 2009(29)
[4]松木屑水蒸气催化气化制氢及其大物料量气化动力学研究[J]. 王荣静,李爱民,高宁博,全翠. 太阳能学报. 2009(09)
[5]粒径对生物质催化气化特性的影响[J]. 罗思义,肖波,胡智泉,刘石明. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(09)
[6]棉秆不同组分热解特性及动力学[J]. 周岭,周福君,蒋恩臣,王明峰. 农业工程学报. 2009(08)
[7]中国生物质能源产业发展研究[J]. 叶迎. 安徽农业科学. 2009(23)
[8]生物质热解动力学模型的研究[J]. 王新运,陈明强,王君,万新军. 化学与生物工程. 2009(07)
[9]小麦与玉米秸秆的热解过程及其动力学分析[J]. 浮爱青,谌伦建,杨洁,朱振忠. 化学工业与工程. 2009(04)
[10]蔗渣半纤维素的热裂解特性及动力学研究[J]. 彭云云,武书彬. 造纸科学与技术. 2009(03)
博士论文
[1]生物质直接脱氧液化产物生物石油的分析与精制[D]. 李金花.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2008
[2]油棕废弃物热解的实验及机理研究[D]. 杨海平.华中科技大学 2005
本文编号：3141112
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