【摘要】：生物質(zhì)來源廣泛并具有可再生性,對其進(jìn)行清潔利用,具有重要的現(xiàn)實意義。熱解生物質(zhì)是最為常用的一種利用方式,但熱解過程中產(chǎn)生的焦油易堵塞、腐蝕管道系統(tǒng)和設(shè)備,嚴(yán)重影響傳熱效率。熱解得到的炭化料不僅是一種制備活性炭的原料,也可作為碳輔助制氫過程中的碳源�；诖�,本文主要從熱解工藝優(yōu)化和催化熱解兩方面來對玉米芯的熱解過程探索。首先,以粒徑3-5 mm的玉米芯為原料,實驗分別以1 ~℃·min~(-1)、5 ~℃·min~(-1)、10 ~℃·min~(-1)和15 ~℃·min~(-1)升溫至850 ~℃,結(jié)果表明,升溫速率從1 ~℃·min~(-1)提高到15 ~℃·min~(-1),液相的產(chǎn)率從67.07%降低至46.36%;固相產(chǎn)率也從23.89%降至21.29%;氣相產(chǎn)量顯著增加,組成也有較大變化。熱解分析顯示,玉米芯失重最劇烈的溫度在200-450°C內(nèi),分別在不同溫度下保溫120 min后再繼續(xù)升溫,結(jié)果顯示,在350°C下保溫后得到的液相產(chǎn)率最少為43.12%,固相產(chǎn)率為18.50%。而在150-350°C間多階梯升溫方式可使液相產(chǎn)率降至37.17%,但固相炭化料產(chǎn)率僅為14.05%。在升溫速率為5 ~℃·min~(-1),熱解溫度為850 ~℃的條件下,實驗考察了七種不同的催化劑對熱解過程的影響。結(jié)果表明,鎳基催化能夠有效抑制焦油類物質(zhì)的產(chǎn)生,其中,負(fù)載了兩種助劑的C5(Ni/Ce-ZrO_2/γ-Al_2O_3)和C6(Ni/La_2O_3-MgO/γ-Al_2O_3)抑制焦油的效果最好,添加催化劑C5和C6后液相產(chǎn)出分別為20.41%和21.36%,與相同條件下未加催化劑時相比,分別減少了56%和53.7%;同時固相的產(chǎn)率也有一定的增加。分別采用催化劑C5和C6進(jìn)行循環(huán)實驗,結(jié)果顯示在前4次循環(huán)內(nèi)催化劑保持較高活性,而多次循環(huán)后,催化劑活性急劇下降。XRD、SEM、EDS、XPS等表征分析表明,在前幾次循環(huán)中,催化劑表面的積碳主要為無定形焦炭,對催化劑活性影響較小,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,催化劑表面的積碳轉(zhuǎn)化為定形絲狀炭,大大降低了催化劑的活性。助劑氧化鎂有利于消除部分積碳,催化劑C6抗積碳性能優(yōu)于C5。此外,催化劑C5和C6的再生性能均不佳,需要進(jìn)一步研究。在玉米芯熱解過程中,添加堿金屬化合物硅酸鈉和硝酸鈉作為添加劑,使氣相產(chǎn)出驟增,但固相炭材料卻被消耗殆盡。在立式反應(yīng)器內(nèi)高溫區(qū)域增加,使得熱解產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)充分發(fā)生二次裂解,有效減少了焦油的產(chǎn)出。此外,含有催化劑C5和C6的炭化料在與CO_2反應(yīng)時,表現(xiàn)出較高的反應(yīng)速率,在900°C下反應(yīng)30 min后,炭化料的燒失率達(dá)75%,比無催化劑炭化料的高了近一倍。
【圖文】：

現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)優(yōu)化改良后，也可以沿用到生物質(zhì)產(chǎn)能過程中，這有助于新型能源的推廣和利用，使得能源轉(zhuǎn)型所需成本更少，能源轉(zhuǎn)型難度大幅降低可執(zhí)行性增強(qiáng)。1.1.2 生物質(zhì)簡介生物質(zhì)資源主要以植物類為主，其源自太陽光照下，，吸收大氣中的二氧化碳進(jìn)行光合反應(yīng)，而生成碳水化合物，儲備能量[16]。僅僅植被類生物質(zhì)資源每年總產(chǎn)量約合能量是全世界能源消耗總量的十幾倍。我國每年秸稈產(chǎn)出約七億噸，林業(yè)廢棄物每年產(chǎn)出高達(dá)三千七百萬立方米[17]，儲量驚人、潛力巨大。總之，生物質(zhì)資源來源廣泛、蘊(yùn)藏豐富。生物質(zhì)種類繁多，對其進(jìn)行詳細(xì)分類，有利于不同生物質(zhì)資源進(jìn)行具針對性的高效利用，方便進(jìn)行生產(chǎn)工藝方案改良，系統(tǒng)性加強(qiáng)，沿用更方便。在對對眾多生物質(zhì)能源利用研究時，所研究的生物質(zhì)以固體植被類為主[18]。其分類情況如圖 1-1 所示。

2.2 熱解實驗2.2.1 玉米芯熱解實驗裝置與流程實驗過程中采用了臥式和立式兩種熱解反應(yīng)器，生物質(zhì)熱解裝置如圖 2-1示。0 5 10 15 20 25 30 3505050A超級恒溫槽 SYC 河南鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司馬弗爐 SX2-12-10 天津天有利科技有限公司管式爐 FSK-2.5-12 天津電爐制造總廠實驗電爐廠氣相色譜 SP-6890 北京北分瑞利分析儀器（集團(tuán)）有限責(zé)任公司電子天平 PL303 梅特勒—托利多儀器（上海）有限公司電動攪拌器 WH7401-50B 天津市威華實驗儀器廠立式反應(yīng)器 天津津大萊博科技有限公司
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK6

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本文編號：2682012