生物质催化热解和气化的应用基础研究
发布时间：2022-01-19 19:45
随着能源形势日益严峻,环境污染问题日趋严重,合理开发和利用新型可再生的洁净能源已成为当前紧迫的研究课题。生物质能作为唯一可储存和运输的可再生能源,其高效转换和洁净利用日益受到全世界的关注。生物质热转化技术是实现其能量转换的最有效途径,尤其是将其转化为气体燃料或气化发电。而限制其气化应用的瓶颈和主要障碍是气体中焦油的存在,催化热解气化被认为是去除焦油和提高气化效率最有效的方法。本文依托华中科技大学环境学院和新加坡南洋理工大学环境科学与工程研究院国际交流合作项目,对生物质（油棕废弃物和锯屑）的催化热解和气化技术展开了系统的研究,主要研究内容及成果如下:锯屑和油棕废弃物分别是木材加工业和东南亚油棕种植地区的主要固体废弃物。在实际应用和实验室研究中,必需预先经过干燥、破碎和筛分,得到不同粒径范围的实验原料。其理化特性分析显示:油棕废弃物和锯屑都含有较高的挥发份,相对较低的固定碳含量;它们的低位热值约为20MJ/kg,与烟煤和褐煤的热值相当。同时,原料中有害元素N和S含量极低,灰分含量小于5%,所以油棕废弃物和锯屑都是环境友好的生物质资源。催化剂的研制是本课题的重要工作之一。本文开发和制备了负载...
【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】：234 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
世界能源发展趋势图
纤维素、半纤维素和木质素紧密地结合成一个有机整体。木本类植物生长得，具有密集的纤维结构，含有较高的木质素；而草本植物一般为一年生，纤维比较相应木质素的含量比较低，相反纤维素的含量却比较高。不同的生物质组成不同，和木质素的相对比率是确定生物质类型和选择生物质处理方式的一个因素。1. 纤维素纤维素是生物质结构中最丰富的一种有机组分，占 40-50%。它是一种葡萄糖，是由脱水 D-吡喃式葡萄糖基(C6H10O6)通过相邻糖单元的 1 位和 4 位之间的连接而成的一个线性高分子聚合物 ((1,4)-D-glucopyranose)，如图 1-2 所示。当水解时分解为葡萄糖。纤维素的经验分子式为(C6H10O5)n，n 是聚合度，一般在00 以上，其平均分子量约为 100,000。纤维素主要以水晶结构存在，此种结构赋纤维素较强的机械强度，因而成为构成分子壁的基本成分；同时它也是构成许产品(如：纸、胶卷、光纤、添加剂等)的基本要素。其结构中 C-O-C 键比 C-C易断开而使纤维素分子发生降解。纤维素的高位发热量(HHV，干燥基)会因为的不同而有细微的差别，如棉毛纤维为 17.43MJ/kg, 木浆纤维的为 17.46MJ/kg[9]
如 D-木糖(D-xvlosc)，L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-甘露糖(D-mannoD- 葡 萄 糖 (D-glucose) ， D- 半 乳 糖 (D-galactose) ， 4-O- 甲 基 -D- 葡 萄 糖 醛(4-O-methyl-D-glucuronic acid)，D-半乳糖醛酸(D-galacturonic acid)，D-葡萄糖(D-glucuronic acid)，及少量 L-鼠李糖(Lrhamnose)和 L-岩藻糖(L-fucose)等等。维素的化学分子式为(C5H8O4)n，其聚合度比较低，约为 150-200，平均分子量一于 30,000。半纤维素与纤维素不同，其结构为杂乱的支链多聚糖，结构无定性，于碱性溶液，易水解，热稳定性比纤维素差，热解容易。构成半纤维素的糖大概为戊糖和已糖，其中硬木质生物质中戊糖占主要成分，而软木质生物质中已糖为成分。半纤维素易溶于碱性溶液，约占生物质化学组成的 20-40%。通常根据聚主链的组成，将半纤维素大致分为三类：①聚木糖类半纤维素；②聚葡萄糖-甘类半纤维素；③其它类型纤维素。在生物质能的转化利用研究中，木聚糖往往代纤维素[11-14]。木聚糖是木糖 C5H8O4的聚合体，是生物质半纤维素的一种主要组可以水解成木糖，木糖在半纤维素中是最主要的成分。木聚糖的高位发热量17.75MJ/kg[9].
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质催化气化制氢催化剂研究进展[J]. 胡冠,徐绍平,刘淑琴. 林产化学与工业. 2005(S1)
[2]气化过程中焦油催化裂解的影响因素研究[J]. 周志军,赖开忠,周俊虎,刘建忠,岑可法. 热力发电. 2005(11)
[3]赤泥粉煤灰免烧免蒸砖的原料与制备[J]. 王梅,杨家宽,侯健. 矿产综合利用. 2005(04)
[4]铸造旧砂制备免烧砖及经济性分析[J]. 杨家宽,王梅,齐建召,肖波. 环境工程. 2005(03)
[5]赤泥做道路基层材料的试验研究[J]. 齐建召,杨家宽,王梅,肖波,侯健. 公路交通科技. 2005(06)
[6]发展生物质产业潜力无限[J]. 石元春. 安徽科技. 2005(05)
[7]一种新的生物质气发电装置——固体氧化物燃料电池[J]. 尹艳红,朱威,夏长荣,孟广耀,郭庆祥. 可再生能源. 2004(03)
[8]生物质气化焦油催化裂解特性[J]. 王铁军,常杰,吴创之,陈勇. 太阳能学报. 2003(03)
[9]生物质焦油的催化裂解研究[J]. 周劲松,王铁柱,骆仲泱,张晓东,王树荣,岑可法. 燃料化学学报. 2003(02)
[10]均匀沉淀法制备纳米氧化物研究进展[J]. 张明月,廖列文. 化工装备技术. 2002(04)
博士论文
[1]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
[2]生物质催化裂解气化研究[D]. 宋晓锐.华南理工大学 1999
硕士论文
[1]生物质在落下床中热解和气化制富氢气体[D]. 朱慧.大连理工大学 2005
[2]生物质焦油催化裂解试验研究[D]. 王铁柱.浙江大学 2003
本文编号：3597450
【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】：234 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
世界能源发展趋势图
纤维素、半纤维素和木质素紧密地结合成一个有机整体。木本类植物生长得，具有密集的纤维结构，含有较高的木质素；而草本植物一般为一年生，纤维比较相应木质素的含量比较低，相反纤维素的含量却比较高。不同的生物质组成不同，和木质素的相对比率是确定生物质类型和选择生物质处理方式的一个因素。1. 纤维素纤维素是生物质结构中最丰富的一种有机组分，占 40-50%。它是一种葡萄糖，是由脱水 D-吡喃式葡萄糖基(C6H10O6)通过相邻糖单元的 1 位和 4 位之间的连接而成的一个线性高分子聚合物 ((1,4)-D-glucopyranose)，如图 1-2 所示。当水解时分解为葡萄糖。纤维素的经验分子式为(C6H10O5)n，n 是聚合度，一般在00 以上，其平均分子量约为 100,000。纤维素主要以水晶结构存在，此种结构赋纤维素较强的机械强度，因而成为构成分子壁的基本成分；同时它也是构成许产品(如：纸、胶卷、光纤、添加剂等)的基本要素。其结构中 C-O-C 键比 C-C易断开而使纤维素分子发生降解。纤维素的高位发热量(HHV，干燥基)会因为的不同而有细微的差别，如棉毛纤维为 17.43MJ/kg, 木浆纤维的为 17.46MJ/kg[9]
如 D-木糖(D-xvlosc)，L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-甘露糖(D-mannoD- 葡 萄 糖 (D-glucose) ， D- 半 乳 糖 (D-galactose) ， 4-O- 甲 基 -D- 葡 萄 糖 醛(4-O-methyl-D-glucuronic acid)，D-半乳糖醛酸(D-galacturonic acid)，D-葡萄糖(D-glucuronic acid)，及少量 L-鼠李糖(Lrhamnose)和 L-岩藻糖(L-fucose)等等。维素的化学分子式为(C5H8O4)n，其聚合度比较低，约为 150-200，平均分子量一于 30,000。半纤维素与纤维素不同，其结构为杂乱的支链多聚糖，结构无定性，于碱性溶液，易水解，热稳定性比纤维素差，热解容易。构成半纤维素的糖大概为戊糖和已糖，其中硬木质生物质中戊糖占主要成分，而软木质生物质中已糖为成分。半纤维素易溶于碱性溶液，约占生物质化学组成的 20-40%。通常根据聚主链的组成，将半纤维素大致分为三类：①聚木糖类半纤维素；②聚葡萄糖-甘类半纤维素；③其它类型纤维素。在生物质能的转化利用研究中，木聚糖往往代纤维素[11-14]。木聚糖是木糖 C5H8O4的聚合体，是生物质半纤维素的一种主要组可以水解成木糖，木糖在半纤维素中是最主要的成分。木聚糖的高位发热量17.75MJ/kg[9].
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质催化气化制氢催化剂研究进展[J]. 胡冠,徐绍平,刘淑琴. 林产化学与工业. 2005(S1)
[2]气化过程中焦油催化裂解的影响因素研究[J]. 周志军,赖开忠,周俊虎,刘建忠,岑可法. 热力发电. 2005(11)
[3]赤泥粉煤灰免烧免蒸砖的原料与制备[J]. 王梅,杨家宽,侯健. 矿产综合利用. 2005(04)
[4]铸造旧砂制备免烧砖及经济性分析[J]. 杨家宽,王梅,齐建召,肖波. 环境工程. 2005(03)
[5]赤泥做道路基层材料的试验研究[J]. 齐建召,杨家宽,王梅,肖波,侯健. 公路交通科技. 2005(06)
[6]发展生物质产业潜力无限[J]. 石元春. 安徽科技. 2005(05)
[7]一种新的生物质气发电装置——固体氧化物燃料电池[J]. 尹艳红,朱威,夏长荣,孟广耀,郭庆祥. 可再生能源. 2004(03)
[8]生物质气化焦油催化裂解特性[J]. 王铁军,常杰,吴创之,陈勇. 太阳能学报. 2003(03)
[9]生物质焦油的催化裂解研究[J]. 周劲松,王铁柱,骆仲泱,张晓东,王树荣,岑可法. 燃料化学学报. 2003(02)
[10]均匀沉淀法制备纳米氧化物研究进展[J]. 张明月,廖列文. 化工装备技术. 2002(04)
博士论文
[1]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
[2]生物质催化裂解气化研究[D]. 宋晓锐.华南理工大学 1999
硕士论文
[1]生物质在落下床中热解和气化制富氢气体[D]. 朱慧.大连理工大学 2005
[2]生物质焦油催化裂解试验研究[D]. 王铁柱.浙江大学 2003
本文编号：3597450
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