电解氧化辅助熔盐热裂解生物质研究
发布时间：2021-06-14 13:40
如今,能源和环境问题越来越受到人们的关注,而我国作为能源消耗大国,所面临的问题更为严峻。同时我国也是一个农业大国,生物质资源丰富,但利用率低下。以秸秆为例,其中大多以焚烧处理,造成资源浪费的同时更加剧了环境污染。因此,寻求一种高效、无污染的生物质转化技术尤为重要。熔盐热解技术具有极高的原料能量转化率,被认为是将生物质资源转化为燃料的潜在方法之一。生物质主要成分为木质纤维素,元素组成以碳、氢、氧为主,与优质燃料相比存在氢含量不足、氧含量过高的问题,导致其产物组成复杂,含氧量高,品质低。而熔盐热解技术具有强脱羧能力和一定的脱甲氧基能力,能够在一定程度上改善产物品质。鉴于生物质分子的电化学氧化潜力,结合熔融碳酸盐的高导电性和强脱羧能力,若能耦合电化学氧化与熔融碳酸盐热解,有望进一步提高原料转化率,提升产品品质。本文以秸秆作为生物质原料,基于熔融碳酸盐的相关特性,建立电解氧化辅助熔盐热解生物质体系,通过线性伏安曲线的测定验证了耦合反应的可行性,并考察了热解温度、物料粒径、电流密度等反应参数对耦合效果的影响。结果表明:热解温度对热解转化率的影响最为显著,随着温度升高转化率大幅提升,但超过550°...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文技术路线图
2.3.1 实验装置 电解氧化辅助熔盐热解实验装置如图 2-1 所示。该装置主要由载气系统、温控系统、电解系统、反应系统、冷凝收集系统组成。载气系统提供稳定的氮气流，保证反应装置无氧氛围。温控系统配合伸入熔盐层的热电偶实时控制反应温度。电解系统以石墨作电极板，熔融碳酸盐作电解液，外接直流稳压电源控制电解电压、电流。反应系统主体为不锈钢材质，利于传热和保证气密性，内衬陶瓷坩埚用于承载熔盐，减少装置腐蚀的同时保证反应体系与外界绝缘。冷凝收集系统采用二级冷凝，以-10 °C 乙二醇水溶液作冷却剂，经冷凝分离液体产物，水洗，湿式气体流量记录后获得气体产物。
浙江工业大学硕士学位论文20秸秆在EMCP体系下的循环伏安曲线如图2-2所示。反应过程中，阳极表面观察到气体产生，阴极表面形成积炭。在正向扫描过程中出现了三个氧化峰（AⅠ、AⅡ和AⅢ），表明至少存在三个或以上基团或键被氧化。这些峰可能与氢键、侧链、端链或C-O键的断裂有关。由于秸秆成分和热解中间产物的复杂性，初步推断这些氧化峰的形成可能是由多种键的变化共同作用导致的。这表明，电解氧化辅助熔盐热解体系对生物质的电解氧化作用是可行的。图2-2秸秆在EMCP体系中的循环伏安曲线Fig.2-2CyclicvoltammetrycurveofstrawintheEMCPsystem2.5.3温度对EMCP体系的影响（1）温度对产物分布的影响EMCP体系和MCP体系在400-600°C温度梯度内的产物分布如表2-4所示。两种热解体系的产物产率随温度变化的总体趋势相近。当温度从400°C上升到600°C时，EMCP体系的生物炭产率下降了约三分之一，油相产率减少近一半。同时，水产量也明显从21.25%下降至12.75%，相反裂解气产量从36.79%显著增加至58.95%。需要注意的是，当温度超过550°C，对温度转化率的影响不再明显。这些随温度变化趋势与其他研究者的结论相一致[85,89,108]。从原料组成分析，秸秆中纤维素和半纤维素的主要分解温度区间相对较低，但木质素的分解温度高于前二者，例如如其结构中的C-C键（主要是5-5"和β-β"）和侧链（如-OCH3和-CH3）键能较高，超过80kcal/mol，在低温段表现出良好的稳定性，只有当温度超过450°C时才逐渐发生分解，因此该现象可以归结于高温促进了二次裂解反应，有利于气相产物的生成，抑制生物油和生物炭的生成[60,109,110]。此外，相
【参考文献】：
期刊论文
[1]Biomass pyrolysis: A review of the process development and challenges from initial researches up to the commercialisation stage[J]. Xun Hu,Mortaza Gholizadeh. Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[2]我国农业废弃物处理现状[J]. 任利枢. 畜牧兽医科技信息. 2019(08)
[3]《2019中国能源化工产业发展报告》发布[J]. 资源节约与环保. 2019(01)
[4]饲料油菜与玉米秸秆混合青贮品质研究[J]. 阴法庭,张玉龙,石婧,姜同轩,刘东洋,张凤华. 草地学报. 2018(04)
[5]农作物秸秆焚烧污染与防治[J]. 杨蔓,李闯,陈广大. 黑龙江环境通报. 2018(02)
[6]秸秆焚烧对环境的危害及其综合利用[J]. 金凤. 绿色科技. 2018(02)
[7]三元碳酸盐混合物的制备及热物性研究[J]. 闫全英,孙相宇,王立娟,王随林,赵加. 化工新型材料. 2017(09)
[8]农作物秸秆饲料化技术研究进展[J]. 郑梦莉,王凯军,张佩华,文佐时. 中国饲料. 2017(11)
[9]农作物秸秆饲料研究进展[J]. 段珍,张红梅,张建华,王珺,梁建勇,李霞,李晓康. 粮食与饲料工业. 2017(02)
[10]氯化盐混合物的配制及热物性研究[J]. 闫全英,王婧璇,贺万玉. 化工新型材料. 2017(01)
硕士论文
[1]典型生物质热解及其动力学研究[D]. 段锐.天津商业大学 2016
[2]熔盐热裂解农作物秸秆制气体的研究[D]. 盛佳峰.浙江工业大学 2015
[3]秸秆发电的发展潜力研究[D]. 白宏明.华北电力大学（北京） 2010
[4]闪速加热条件下低灰分生物质热解挥发特性的研究[D]. 王娜娜.山东理工大学 2006
本文编号：3229941
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文技术路线图
2.3.1 实验装置 电解氧化辅助熔盐热解实验装置如图 2-1 所示。该装置主要由载气系统、温控系统、电解系统、反应系统、冷凝收集系统组成。载气系统提供稳定的氮气流，保证反应装置无氧氛围。温控系统配合伸入熔盐层的热电偶实时控制反应温度。电解系统以石墨作电极板，熔融碳酸盐作电解液，外接直流稳压电源控制电解电压、电流。反应系统主体为不锈钢材质，利于传热和保证气密性，内衬陶瓷坩埚用于承载熔盐，减少装置腐蚀的同时保证反应体系与外界绝缘。冷凝收集系统采用二级冷凝，以-10 °C 乙二醇水溶液作冷却剂，经冷凝分离液体产物，水洗，湿式气体流量记录后获得气体产物。
浙江工业大学硕士学位论文20秸秆在EMCP体系下的循环伏安曲线如图2-2所示。反应过程中，阳极表面观察到气体产生，阴极表面形成积炭。在正向扫描过程中出现了三个氧化峰（AⅠ、AⅡ和AⅢ），表明至少存在三个或以上基团或键被氧化。这些峰可能与氢键、侧链、端链或C-O键的断裂有关。由于秸秆成分和热解中间产物的复杂性，初步推断这些氧化峰的形成可能是由多种键的变化共同作用导致的。这表明，电解氧化辅助熔盐热解体系对生物质的电解氧化作用是可行的。图2-2秸秆在EMCP体系中的循环伏安曲线Fig.2-2CyclicvoltammetrycurveofstrawintheEMCPsystem2.5.3温度对EMCP体系的影响（1）温度对产物分布的影响EMCP体系和MCP体系在400-600°C温度梯度内的产物分布如表2-4所示。两种热解体系的产物产率随温度变化的总体趋势相近。当温度从400°C上升到600°C时，EMCP体系的生物炭产率下降了约三分之一，油相产率减少近一半。同时，水产量也明显从21.25%下降至12.75%，相反裂解气产量从36.79%显著增加至58.95%。需要注意的是，当温度超过550°C，对温度转化率的影响不再明显。这些随温度变化趋势与其他研究者的结论相一致[85,89,108]。从原料组成分析，秸秆中纤维素和半纤维素的主要分解温度区间相对较低，但木质素的分解温度高于前二者，例如如其结构中的C-C键（主要是5-5"和β-β"）和侧链（如-OCH3和-CH3）键能较高，超过80kcal/mol，在低温段表现出良好的稳定性，只有当温度超过450°C时才逐渐发生分解，因此该现象可以归结于高温促进了二次裂解反应，有利于气相产物的生成，抑制生物油和生物炭的生成[60,109,110]。此外，相
【参考文献】：
期刊论文
[1]Biomass pyrolysis: A review of the process development and challenges from initial researches up to the commercialisation stage[J]. Xun Hu,Mortaza Gholizadeh. Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[2]我国农业废弃物处理现状[J]. 任利枢. 畜牧兽医科技信息. 2019(08)
[3]《2019中国能源化工产业发展报告》发布[J]. 资源节约与环保. 2019(01)
[4]饲料油菜与玉米秸秆混合青贮品质研究[J]. 阴法庭,张玉龙,石婧,姜同轩,刘东洋,张凤华. 草地学报. 2018(04)
[5]农作物秸秆焚烧污染与防治[J]. 杨蔓,李闯,陈广大. 黑龙江环境通报. 2018(02)
[6]秸秆焚烧对环境的危害及其综合利用[J]. 金凤. 绿色科技. 2018(02)
[7]三元碳酸盐混合物的制备及热物性研究[J]. 闫全英,孙相宇,王立娟,王随林,赵加. 化工新型材料. 2017(09)
[8]农作物秸秆饲料化技术研究进展[J]. 郑梦莉,王凯军,张佩华,文佐时. 中国饲料. 2017(11)
[9]农作物秸秆饲料研究进展[J]. 段珍,张红梅,张建华,王珺,梁建勇,李霞,李晓康. 粮食与饲料工业. 2017(02)
[10]氯化盐混合物的配制及热物性研究[J]. 闫全英,王婧璇,贺万玉. 化工新型材料. 2017(01)
硕士论文
[1]典型生物质热解及其动力学研究[D]. 段锐.天津商业大学 2016
[2]熔盐热裂解农作物秸秆制气体的研究[D]. 盛佳峰.浙江工业大学 2015
[3]秸秆发电的发展潜力研究[D]. 白宏明.华北电力大学（北京） 2010
[4]闪速加热条件下低灰分生物质热解挥发特性的研究[D]. 王娜娜.山东理工大学 2006
本文编号：3229941
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