本文關(guān)鍵詞：陜西關(guān)中麥草秸稈熱解特性及其動(dòng)力學(xué)研究

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【摘要】：目前,能源危機(jī)、環(huán)境污染及氣候變化等問(wèn)題使可再生能源得到廣泛關(guān)注。生物質(zhì)作為一種重要的可再生能源,具有環(huán)保清潔、儲(chǔ)量豐富、可再生等特點(diǎn),可改觀人類(lèi)社會(huì)面臨的能源危機(jī)、環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等現(xiàn)狀,成為替代化石燃料的一種重要可再生能源。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法是生物質(zhì)能源化的一種重要方法。生物質(zhì)資源可通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法被制取成運(yùn)輸燃料和化學(xué)品,熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法中的熱解技術(shù)因其目標(biāo)產(chǎn)物的多樣性,被廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)資源的能源化。陜西關(guān)中地區(qū)盛產(chǎn)小麥,每年產(chǎn)生的大量麥草秸稈是一種潛在的生物質(zhì)資源。然而,對(duì)麥草秸稈采用燃燒、還田及飼養(yǎng)牲畜等傳統(tǒng)的利用方式,不僅污染環(huán)境,還造成資源的巨大浪費(fèi)。目前,鮮有學(xué)者對(duì)關(guān)中麥草秸稈進(jìn)行熱解研究,本文以關(guān)中麥草秸稈為研究對(duì)象,利用TG-FTIR聯(lián)用技術(shù)研究麥草秸稈及其主要組分的熱解行為、產(chǎn)物及其熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué),同時(shí)考察熱解工藝參數(shù)對(duì)關(guān)中麥草秸稈熱解特性、產(chǎn)物及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響。本論文的主要研究工作如下：(1)對(duì)關(guān)中麥草秸稈進(jìn)行詳盡的物化特性分析,結(jié)果表明其具有高揮發(fā)分、低灰分、C、O、H含量高的特點(diǎn),具有良好的燃料特性；原料主要由一些帶有不同含氧官能團(tuán)的酸類(lèi)、烷烴、脂肪族、芳香族化合物組成。(2)通過(guò)TG-FTIR聯(lián)用技術(shù)對(duì)關(guān)中麥草秸稈在不同升溫速率下進(jìn)行熱解,發(fā)現(xiàn)其熱解過(guò)程分為失水、半纖維素?zé)峤狻⒗w維素?zé)峤饧澳舅責(zé)峤獾?個(gè)階段；熱解過(guò)程中的主要揮發(fā)性產(chǎn)物為H2O、CH、CO2、CO小分子氣體以及芳香族、酸類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)、醇類(lèi)、烷烴、酚類(lèi)和醚類(lèi)等輕質(zhì)焦油組分。此外,還考察熱解工藝參數(shù)(熱解溫度、堿金屬含量、共熱解)等對(duì)其熱解特性及產(chǎn)物的影響。(3)對(duì)關(guān)中麥草秸稈中的纖維素、半纖維素和木素等主要組分進(jìn)行提取分離,通過(guò)TG-FTIR聯(lián)用技術(shù)對(duì)各組分的熱解特性、產(chǎn)物進(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn)各組分熱解特性差異顯著,半纖維素主熱解溫度范圍為180-390℃,纖維素的主熱解溫度范圍為256～412℃,木質(zhì)素的降解發(fā)生在較廣的溫度范圍；纖維素?zé)峤獾漠a(chǎn)物包含H2O、CO、CO2和含CH鍵的烴類(lèi)及含C=O鍵的酸、醛和酮等物質(zhì),半纖維素?zé)峤獾闹饕a(chǎn)物為CO2、CH4、H2O、CO和一些酸類(lèi)、醛類(lèi)(C=O)、烷烴類(lèi)(C—C)和酯類(lèi)(C—O—C)等有機(jī)物；木質(zhì)素?zé)峤獾闹饕a(chǎn)物為H2O、CO2甲醛、酚類(lèi)、甲醇及烷烴類(lèi)化合物。(4)采用等轉(zhuǎn)化率無(wú)模式函數(shù)法中的FWO、KAS及Kissinger法對(duì)關(guān)中麥草秸稈熱解的表觀活化能進(jìn)行估算,結(jié)果發(fā)現(xiàn)FWO、KAS法表觀活化能大小均約為202 kJ/mol,略高于Kissinger法熱解表觀活化能171.12 kJ/mol;假定熱解反應(yīng)級(jí)數(shù)為1,采用C-R法對(duì)其主要組分的熱解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析,結(jié)果表明半纖維素和纖維素在其主熱解區(qū)的表觀活化能分別為49.53 kJ/mol和49.53 kJ/mol,木質(zhì)素在45-116℃的溫度區(qū)間內(nèi),其表觀活化能值為34.48 kJ/mol。關(guān)中麥草秸稈熱解制取燃料和化學(xué)品前景廣闊,通過(guò)對(duì)陜西關(guān)中麥草秸稈的熱解特性及動(dòng)力學(xué)分析研究,可為該生物質(zhì)資源的裂解氣化提供技術(shù)依據(jù)；并為優(yōu)化生物質(zhì)熱解工藝參數(shù)、改進(jìn)熱解設(shè)備及與氣化工藝組合生產(chǎn)高品質(zhì)生物質(zhì)燃?xì)馓峁┘夹g(shù)支撐,這對(duì)提高生物質(zhì)資源利用效率和繁榮區(qū)域經(jīng)濟(jì)具有重要意義,但仍有待對(duì)關(guān)中麥草秸稈的熱解反應(yīng)機(jī)理及能源利用率作進(jìn)一步研究。
【關(guān)鍵詞】：陜西關(guān)中麥草秸稈 熱解 動(dòng)力學(xué) 熱解機(jī)理 熱解炭
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK6
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 符號(hào)說(shuō)明9-13
• 1 引言13-27
• 1.1 研究背景13
• 1.2 生物質(zhì)能概況13-15
• 1.3 生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)15-17
• 1.4 生物質(zhì)熱解技術(shù)研究綜述17-23
• 1.4.1 生物質(zhì)熱解技術(shù)原理17-20
• 1.4.2 生物質(zhì)熱解技術(shù)研究進(jìn)展20-22
• 1.4.3 生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展22-23
• 1.5 課題研究目的及內(nèi)容23-27
• 1.5.1 研究目的23-24
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容24-27
• 2 關(guān)中麥草秸稈熱解特性及其產(chǎn)物研究27-49
• 2.1 關(guān)中麥草秸稈物料特性分析27-31
• 2.1.1 原料來(lái)源及樣品制備27
• 2.1.2 工業(yè)分析、元素分析及熱值計(jì)算27-28
• 2.1.3 化學(xué)組分分析28-30
• 2.1.4 堿金屬及堿土金屬元素含量分析30-31
• 2.2 關(guān)中麥草秸稈熱解氣體產(chǎn)物研究31-34
• 2.2.1 研究目的及方案31
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置31-32
• 2.2.3 關(guān)中麥草秸稈熱穩(wěn)定性研究32-33
• 2.2.4 關(guān)中麥草秸稈熱解產(chǎn)物研究33-34
• 2.3 過(guò)程參數(shù)對(duì)熱解特性及產(chǎn)物的影響34-41
• 2.3.1 熱解溫度對(duì)熱解產(chǎn)物分布的影響34-35
• 2.3.2 升溫速率對(duì)熱解特性的影響35-36
• 2.3.3 堿金屬及堿土金屬含量對(duì)熱解特性的影響36-37
• 2.3.4 共熱解對(duì)熱解特性及產(chǎn)物分布的影響37-41
• 2.4 關(guān)中麥草秸稈中各組分的熱解特性及產(chǎn)物研究41-47
• 2.4.1 關(guān)中麥草秸稈中各組分的提取分離工藝41-42
• 2.4.2 關(guān)中麥草秸稈中各組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征42-44
• 2.4.3 關(guān)中麥草秸稈中各組分的熱解特性研究44-45
• 2.4.4 關(guān)中麥草秸稈中各組分的熱解產(chǎn)物研究45-47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 3 關(guān)中麥草秸稈熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究49-59
• 3.1 關(guān)中麥草秸稈熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析49-53
• 3.1.1 熱解動(dòng)力學(xué)分析方法49-50
• 3.1.2 關(guān)中麥草秸稈熱解表觀活化能的估算50-53
• 3.2 工藝條件對(duì)熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響53-56
• 3.2.1 堿金屬及堿土金屬含量對(duì)熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響54
• 3.2.2 共熱解工藝對(duì)熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響54-56
• 3.3 關(guān)中麥草秸稈各組分熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析56-57
• 3.3.1 各組分熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的估算56
• 3.3.2 各組分熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析56-57
• 3.4 本章小結(jié)57-59
• 4 關(guān)中麥草秸稈熱解炭的特性表征59-65
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分59-61
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)原料59
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器59
• 4.1.3 熱解炭的制備條件及方法59-60
• 4.1.4 熱解炭的XRD衍射實(shí)驗(yàn)60
• 4.1.5 熱解炭的SEM表征實(shí)驗(yàn)60-61
• 4.1.6 熱解炭的比表面積測(cè)定實(shí)驗(yàn)61
• 4.2 結(jié)果與討論61-64
• 4.2.1 熱解溫度對(duì)熱解炭產(chǎn)率的影響61
• 4.2.2 熱解炭的SEM分析61-63
• 4.2.3 熱解炭的XRD分析63
• 4.2.4 熱解炭的比表面積分析63-64
• 4.3 本章小結(jié)64-65
• 5 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 結(jié)論65
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)65-66
• 5.3 展望66-67
• 致謝67-69
• 參考文獻(xiàn)69-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄77-79

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