【摘要】： 自20世紀(jì)以來,出于環(huán)境保護(hù)及應(yīng)對石化資源危機(jī)的考慮,充分有效地利用可再生的生物質(zhì)資源成為人們研究關(guān)注的熱點(diǎn)。本文針對我國西北地區(qū)具有代表性的生物質(zhì)資源-玉米秸稈熱解反應(yīng)的動力學(xué)進(jìn)行了研究,考察了玉米秸稈在低溫高壓和高溫常壓下的熱解特性及熱解殘?zhí)康臍饣匦�。采用甲醇溶�?在超臨界條件下、添加不同堿性催化劑的件下進(jìn)行玉米秸稈的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化研究,并考察了反應(yīng)溫度、液比及催化劑添加量對熱化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物收率的影響,研究結(jié)果表明: 1)玉米秸稈熱解過程可分為三個階段,預(yù)熱脫水段(室溫～150℃)、熱解段(150℃～400℃)和殘留物的緩慢分解段(400℃)。玉米秸稈快速熱解失重過程主要發(fā)生在第二段,升溫速率對玉米秸稈熱解失重溫度區(qū)間影響不大。 2)在不同的升溫速率下,玉米秸稈熱解過程中升溫速率與最大失重速率對應(yīng)的溫度呈線性關(guān)系�？疾煊衩捉斩挓峤膺^程應(yīng)在同一升溫速率下進(jìn)行以消除升溫速率的影響。在消除升溫速率影響下的玉米秸稈熱解過程中最大失重速率對應(yīng)的溫度為309℃。因此研究玉米秸稈熱解特性應(yīng)在同一升溫速率下進(jìn)行。 3)以309℃左右為分界點(diǎn),低于309℃為熱解的低溫區(qū);大于309℃為熱解高溫區(qū)。低溫區(qū)玉米秸稈熱解反應(yīng)級數(shù)為1,熱解活化能為25KJ/mol左右;高溫區(qū)玉米秸稈熱解反應(yīng)級數(shù)在2左右,活化能在16KJ/mol～25KJ/mol之間。 4)玉米秸稈在低溫加壓條件下熱解時,不利于CO的生成,有利于H2,CH4,CO2的生成,將氣體進(jìn)行凈化后可獲得8860.64KJ/m3熱值的清潔氣體燃料。玉米秸稈在高溫常壓條件下熱解時,隨著溫度的升高,其氣體產(chǎn)品中的可燃組分增加,特別是H2的含量增加明顯。 5)玉米秸稈熱解(700℃)殘留炭,在700℃～900℃的溫度下水蒸氣氣化,熱值可達(dá)9508.90 KJ/m3,氣化氣體中H2的含量可達(dá)55%,CO含量可達(dá)26%。高溫殘?zhí)繗饣a(chǎn)生的氣體中H/C約為2,在氣化氣中兩者的有效含量可達(dá)80%。 6)反應(yīng)溫度、液比和催化劑用量都對玉米秸稈的液化反應(yīng)產(chǎn)生影響。比較而言,溫度是生物質(zhì)液化反應(yīng)的主要影響因素。 7)四種堿性物質(zhì)CaO、K2CO3、Na2CO3和KOH對玉米秸稈熱化學(xué)轉(zhuǎn)化都有促進(jìn)作用。以液體產(chǎn)物為目的產(chǎn)物,其催化能力為:KOHCaO K2CO3 Na2CO3;以原料的轉(zhuǎn)化率基準(zhǔn),其催化能力為:K2CO3 KOH Na2CO3CaO。 8)以液體產(chǎn)物為目的產(chǎn)物時,甲醇體系中以四種堿性物質(zhì)為催化劑時獲取最大液體產(chǎn)率的最佳工藝條件是:液比為50/5、溫度范圍是280℃～290℃、CaO% 2.5%～5.0%、K2CO3%在5.0%～10.0%之間。 9)堿性催化劑能夠有效地提高玉米秸稈熱化學(xué)轉(zhuǎn)化程度,但其催化能力與其堿性的強(qiáng)弱并無線性關(guān)系。
【圖文】：

易斷開而使纖維素易于發(fā)生降解。它的分子鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)如圖1-1[7]。圖 1-1 纖維素的結(jié)構(gòu)Fig.1-1 molecule structure of cellulose纖維素主要發(fā)生兩類化學(xué)反應(yīng)：第一類是纖維素的降解反應(yīng)。第二類是發(fā)生在纖維素上含有羥基官能團(tuán)及其衍生官能團(tuán)位置上的化反應(yīng)。第一類反應(yīng)類型主要包括纖維素的氧化、酸解、堿解、機(jī)械降解、光解、離子輻射和生物降解等。第二類反應(yīng)類型主要包纖維素的酯化、醚化、親核取代、接枝共聚和交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)。在纖維素發(fā)生的兩類反應(yīng)中，第二類反應(yīng)因更容易進(jìn)行而在纖維素的反應(yīng)中占主要地位。纖維素羥基及其衍生結(jié)構(gòu)的酸性和解離傾向排列順序是：C2-OH>C3-OH>C6-OH。由此可以推斷，在堿性介質(zhì)中纖維素的第二類反應(yīng)更易進(jìn)行且主要進(jìn)行仲羥基的化學(xué)反應(yīng)，而在酸性介質(zhì)中則有利于伯羥基的反應(yīng)。連接纖維素大分子的β-1,4-糖苷鍵是一種縮醛鍵，該鍵不同于羥基及其衍生結(jié)構(gòu)，它在堿性介質(zhì)中不易發(fā)生反應(yīng)，而對酸特別敏感。在適當(dāng)酸度濃度、溫度和時間作用下，糖苷鍵發(fā)生斷裂，其聚合能力降低，而其還原能力卻有很大的提高。這類反應(yīng)稱為纖維素的酸性水解。纖維素酸水解反應(yīng)得到的主要成分是糖(如木糖、葡萄糖、纖維二糖)，糖醛類(如糠醛、羥甲基糠醛)和有機(jī)酸(如乙酸、甲酸、乙酰丙酸)。纖維素在濃酸中的均相水解是其晶體結(jié)構(gòu)在酸中潤脹或溶解后，首先形成酸復(fù)合物再水解成低聚糖和葡萄糖。而纖維素在稀酸中的降解反應(yīng)則是多相水解過程。水解發(fā)生于固相纖維素和稀酸溶液之間，在一定的溫度和壓力條件下，稀酸可將纖維素完全水解

基等活性基團(tuán)。因此，半纖維素具有與纖維素類似的化學(xué)反應(yīng)。2.3 木質(zhì)素木質(zhì)素是構(gòu)成植物體的又一主要物質(zhì)，其單體是一類具有苯丙烷骨架的多羥基化，單體間通過 C-C 鍵和 C-O-C 鍵形成復(fù)雜的無定型高聚物，常與纖維素結(jié)合在一為細(xì)胞間質(zhì)填充在細(xì)胞壁和微細(xì)纖維之間，也存在于細(xì)胞間層。木質(zhì)素是植物界中于纖維素的最豐富和最重要的有機(jī)高聚物。它廣泛分布于具有維管束的羊齒類植物的高等植物中，是裸子植物和被子植物所特有的化學(xué)成分。木質(zhì)素在木材中的含量~40%，禾本植物中略低，為 15~25%。木質(zhì)素生物合成及14C 示蹤實(shí)驗(yàn)的大量研究工作表明，構(gòu)成木質(zhì)素的單體，從化構(gòu)上看，既具有酚的特征又有糖的特征，其構(gòu)成前體有三種：松柏醇(I)、芥子醇對香豆醇(III)，如圖 1-2。這三種前體經(jīng)過脫氫聚合即可得到木質(zhì)素。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TK6

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 韓斌;聚氯乙烯等塑料廢棄物熱解特性及動力學(xué)研究[D];天津大學(xué);2012年

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本文編號：2666098