N 2 /CO 2 气氛下荆条热解特性研究
发布时间：2021-08-30 09:08
辽宁北票山区荆条遍布,其作为生物能源石油草种,具有含油率和热值较高的特点。目前尚处于未开发利用阶段,国内外学者对其研究较少,具有一定的开发潜力。本文以荆条为研究对象,利用热化学转化法对荆条进行表征和分析,通过热重试验和热重红外（TG-FTIR）技术研究其热解特性、热解气体产物和热解反应动力学,同时在N2气氛下利用固定床试验台考察实验温度对热解三态产物的组成影响和分布规律,以及CO2气氛下高温热解生物炭的研究。首先对荆条样品的理化性质进行分析,结果表明其具有较高的挥发分（73.83%）、较低的灰分（1.65%）、较高的C、H、O含量和微量的S含量的特点,热值为17565.06 kJ/kg,具有良好的燃料性;生化组成成分按含量高低为纤维素（40.2%）>半纤维素（34.6%）>木质素（21.1%）。其次采用TG-FTIR技术对荆条在N2气氛、升温速率为20℃/min的条件下进行热解,分析其热解过程和热解挥发性产物的析出特性,并在相同热重试验条件下与秸秆和稻壳的热解特性进行对比。结果表明:荆条热解过程可分为四个阶段,即失水干燥阶段,预热解过渡阶段,热解挥发分析出阶段,热解炭化阶段...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１全球一次能源消费量份额??
?第２章实验仪器与试验方法???２．３研究方法??２．３．１热重实验??本实验采用瑞士?ＭＥＴＴＬＥＲＴＯＬＥＤＯ公司生产的ＴＧＡ／ＤＳＣ１型热重分析仪，如图２－１??所示，利用热重分析仪监测荆条样品质量随热解温度变化的衰减。实验所选取的荆条样品??粒径均小于０．２?ｍｍ，分别在Ｎ：和ＣＣｈ气氛下展开实验。实验样品质量为丨０±０．０１?ｍｇ，??ＴＧＡ?测试在?２５？９００°Ｃ范围内，升温速率为?２０°Ｃ／ｍｉｎ、３０°Ｃ／ｍｉｎ、４０°Ｃ／ｍｉｎ?和?５０°Ｃ／ｍｉｎ。??Ｎ：和ＣＯ：的流量是通过纳入ＴＧＡ单元的质量流量控制器控制，保护气为Ｎ：：，总流速为７０??ｍＬ／ｍｉｎ（保护气体：２０ｍＬ／ｍｍ；吹扫气体：５０ｍＬ／ｍｉｎ＞。实验前的准备阶段将Ａｈ〇；材质??的坩埚用马弗炉煅烧，以保证坩埚内的清洁性，避免有其他杂质影响实验结果；检查质量??流量计是否准确，避免载气流量过大或过小；将反应气吹扫平台５?ｍｉｎ以上，以保证空气??排净，避免影响实验结果。??雀”一ｊ??ｍａｍｍｍｔｍ??图２－１热重分析仪??２．３．２热重红外实验??热重红外实验是由瑞士?Ｍｅｔｔｌｅｒ－Ｔｏｌｅｄｏ生产的ＴＧＡ／ＤＳＣ１型热重分析仪和美国Ｔｈｅｒｍｏ??Ｆｉｓｈｅｒ公司的ＮＩＯＬＥＴ?ＩＳ１０型气相傅里叶变化红外光谱分析仪的联用实验如图２－２所示，??是为探宄样品热反应过程中所产生的热解气释放规律和产出类型。简单描述为由热重分析??仪在不同温度下所产生的热解气，通过载气的吹扫入红外分析仪的气体分析池中进行分??析。实验中的热重部分设置与准备同热重实验相同，实验样品质量为１〇±〇．〇１?ｍｇ，?ＴＧＡ??－１１?－??
?东北电力大学工程硕士学位论文???测试在２５？９００°Ｃ范围内，升温速率为２０°Ｃ／ｍｉｎ，Ｎ：流量５０?ｍＬ／ｍｍ。设置红外分析仪扫描??时间为４５ｍｉｎ，分辨率为々ｃｍ－、扫描次数３２次，光谱检测范围＾（Ｋ＾ＯＯｃｎｒ１波数段。??实验前的准备阶段，检查热重红外联用装置的气密性，防止有空气的流入；用Ｎ２吹扫３０?ｍｍ??以上，以保证整个装置完全处与Ｎ２气氛下，避免影响实验结果；保证并确认聚四氟乙烯材??质的导管和红外分析仪气室预热至１８０°Ｃ，避免样品释放的热解气冷凝从而影响实验结果。??图２－２热重红外联用仪??２．３．３固定床热解实验??利用自行搭建的小型生物质固定床热解实验台，探究荆条在ｎ２气氛下低温到高温热解??过程的变化规律和ｃｏ２气氛下高温热解生物炭的变化规律。实验台由自主设计并搭建而成??如图２－３所示，主要由以下几个部分组成：气路系统、预热系统、反应系统、温度采集和??控制系统、冷却收集系统和气体收集系统。实验台主要加热源为硅碳管（内径：４０?ｍｍ），??嵌套在预热段和反应段的白钢管（内径：３８?ｍｍ，俩段长度均为５００?ｍｍ），辅助加热源为??伴热带，缠套在非反应管路中，以防止挥发性气体冷凝堵塞管路。实验台的温度控制装置??采用ＰＩＤ和调压器的组合装置，以确保实验所需升温速率和终止停留温度；温度采集装置??是由数据采集传输仪和Ｋ型热电偶联用，一共有三个采集点分布在反应段（２个）和预热??段（１个）；冷凝装置则是由三个冷凝瓶串联置于冰水浴中，以保证对挥发性气体中可冷??凝部分的完全收集；气体收集则是由集气袋收集经冰水浴不可冷凝的气体，再由ＧＣ测试??分析。??－１２?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]芦苇秆热解特性及动力学分析[J]. 张旭,孙姣,范赢,曹永全,陈文义. 生物质化学工程. 2019(04)
[2]节约能源是中国新型工业化的客观需要[J]. 梁冬平. 科技与创新. 2019(11)
[3]能源结构随能源需求增长而持续多样化——2018年世界能源统计年鉴解读[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2018(08)
[4]我国生物质能利用现状与发展前景[J]. 赵晓辉,王博. 西部皮革. 2018(08)
[5]玉米秸秆热解特性及动力学研究[J]. 李保卫,李解,杨仲禹,胡庆成,韩继铖. 太阳能学报. 2017(12)
[6]热解温度对稻壳生物炭特性的影响[J]. 林贵英,陈伟,刘文质,董安民,邵敬爱,张世红,杨海平,陈汉平. 沈阳农业大学学报. 2017(04)
[7]荆条的生物学特性及其在辽西地区的分布和保护利用价值[J]. 张进余. 现代农业科技. 2017(02)
[8]我国东北地区秸秆炭化气态产物的分析[J]. 郑胜楠,王永刚,孟军,陈温福,张志霞. 江苏农业科学. 2016(12)
[9]中国生物质能源发展现状及问题思考[J]. 张哲. 科技创新与应用. 2016(22)
[10]基于TG-FTIR分析的柳桉热解特性研究[J]. 茹斌,王树荣,林海周,孙武星,骆仲泱. 工程热物理学报. 2015(09)
本文编号：3372494
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１全球一次能源消费量份额??
?第２章实验仪器与试验方法???２．３研究方法??２．３．１热重实验??本实验采用瑞士?ＭＥＴＴＬＥＲＴＯＬＥＤＯ公司生产的ＴＧＡ／ＤＳＣ１型热重分析仪，如图２－１??所示，利用热重分析仪监测荆条样品质量随热解温度变化的衰减。实验所选取的荆条样品??粒径均小于０．２?ｍｍ，分别在Ｎ：和ＣＣｈ气氛下展开实验。实验样品质量为丨０±０．０１?ｍｇ，??ＴＧＡ?测试在?２５？９００°Ｃ范围内，升温速率为?２０°Ｃ／ｍｉｎ、３０°Ｃ／ｍｉｎ、４０°Ｃ／ｍｉｎ?和?５０°Ｃ／ｍｉｎ。??Ｎ：和ＣＯ：的流量是通过纳入ＴＧＡ单元的质量流量控制器控制，保护气为Ｎ：：，总流速为７０??ｍＬ／ｍｉｎ（保护气体：２０ｍＬ／ｍｍ；吹扫气体：５０ｍＬ／ｍｉｎ＞。实验前的准备阶段将Ａｈ〇；材质??的坩埚用马弗炉煅烧，以保证坩埚内的清洁性，避免有其他杂质影响实验结果；检查质量??流量计是否准确，避免载气流量过大或过小；将反应气吹扫平台５?ｍｉｎ以上，以保证空气??排净，避免影响实验结果。??雀”一ｊ??ｍａｍｍｍｔｍ??图２－１热重分析仪??２．３．２热重红外实验??热重红外实验是由瑞士?Ｍｅｔｔｌｅｒ－Ｔｏｌｅｄｏ生产的ＴＧＡ／ＤＳＣ１型热重分析仪和美国Ｔｈｅｒｍｏ??Ｆｉｓｈｅｒ公司的ＮＩＯＬＥＴ?ＩＳ１０型气相傅里叶变化红外光谱分析仪的联用实验如图２－２所示，??是为探宄样品热反应过程中所产生的热解气释放规律和产出类型。简单描述为由热重分析??仪在不同温度下所产生的热解气，通过载气的吹扫入红外分析仪的气体分析池中进行分??析。实验中的热重部分设置与准备同热重实验相同，实验样品质量为１〇±〇．〇１?ｍｇ，?ＴＧＡ??－１１?－??
?东北电力大学工程硕士学位论文???测试在２５？９００°Ｃ范围内，升温速率为２０°Ｃ／ｍｉｎ，Ｎ：流量５０?ｍＬ／ｍｍ。设置红外分析仪扫描??时间为４５ｍｉｎ，分辨率为々ｃｍ－、扫描次数３２次，光谱检测范围＾（Ｋ＾ＯＯｃｎｒ１波数段。??实验前的准备阶段，检查热重红外联用装置的气密性，防止有空气的流入；用Ｎ２吹扫３０?ｍｍ??以上，以保证整个装置完全处与Ｎ２气氛下，避免影响实验结果；保证并确认聚四氟乙烯材??质的导管和红外分析仪气室预热至１８０°Ｃ，避免样品释放的热解气冷凝从而影响实验结果。??图２－２热重红外联用仪??２．３．３固定床热解实验??利用自行搭建的小型生物质固定床热解实验台，探究荆条在ｎ２气氛下低温到高温热解??过程的变化规律和ｃｏ２气氛下高温热解生物炭的变化规律。实验台由自主设计并搭建而成??如图２－３所示，主要由以下几个部分组成：气路系统、预热系统、反应系统、温度采集和??控制系统、冷却收集系统和气体收集系统。实验台主要加热源为硅碳管（内径：４０?ｍｍ），??嵌套在预热段和反应段的白钢管（内径：３８?ｍｍ，俩段长度均为５００?ｍｍ），辅助加热源为??伴热带，缠套在非反应管路中，以防止挥发性气体冷凝堵塞管路。实验台的温度控制装置??采用ＰＩＤ和调压器的组合装置，以确保实验所需升温速率和终止停留温度；温度采集装置??是由数据采集传输仪和Ｋ型热电偶联用，一共有三个采集点分布在反应段（２个）和预热??段（１个）；冷凝装置则是由三个冷凝瓶串联置于冰水浴中，以保证对挥发性气体中可冷??凝部分的完全收集；气体收集则是由集气袋收集经冰水浴不可冷凝的气体，再由ＧＣ测试??分析。??－１２?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]芦苇秆热解特性及动力学分析[J]. 张旭,孙姣,范赢,曹永全,陈文义. 生物质化学工程. 2019(04)
[2]节约能源是中国新型工业化的客观需要[J]. 梁冬平. 科技与创新. 2019(11)
[3]能源结构随能源需求增长而持续多样化——2018年世界能源统计年鉴解读[J]. 钱伯章,李敏. 中国石油和化工经济分析. 2018(08)
[4]我国生物质能利用现状与发展前景[J]. 赵晓辉,王博. 西部皮革. 2018(08)
[5]玉米秸秆热解特性及动力学研究[J]. 李保卫,李解,杨仲禹,胡庆成,韩继铖. 太阳能学报. 2017(12)
[6]热解温度对稻壳生物炭特性的影响[J]. 林贵英,陈伟,刘文质,董安民,邵敬爱,张世红,杨海平,陈汉平. 沈阳农业大学学报. 2017(04)
[7]荆条的生物学特性及其在辽西地区的分布和保护利用价值[J]. 张进余. 现代农业科技. 2017(02)
[8]我国东北地区秸秆炭化气态产物的分析[J]. 郑胜楠,王永刚,孟军,陈温福,张志霞. 江苏农业科学. 2016(12)
[9]中国生物质能源发展现状及问题思考[J]. 张哲. 科技创新与应用. 2016(22)
[10]基于TG-FTIR分析的柳桉热解特性研究[J]. 茹斌,王树荣,林海周,孙武星,骆仲泱. 工程热物理学报. 2015(09)
本文编号：3372494
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