【摘要】：生物質是被廣泛認可的環(huán)境友好型可再生能源，氣化技術則是其最有效的能源轉化方式之一，它能有效的將固體能源轉換成可利用的氣態(tài)合成氣。大量研究表明，生物質氣化過程主要包括低溫下的揮發(fā)分析出熱解階段和高溫下的半焦氣化過程。因此，本文基于熱解過程和焦氣化活性，對生物質的氣化特性機制進行了深入、系統的研究。 為深入了解生物質在氣化過程不同階段的反應特點，本文選取典型農業(yè)秸稈（稻桿、棉桿和油菜桿）和林業(yè)廢棄物（木屑）為研究對象，在熱重實驗臺上進行了生物質的水蒸氣熱解氣化實驗研究，分析了水蒸氣分壓、樣品種類、原料粒徑和催化劑類型等因素對生物質氣化過程的影響，實驗表明：相比純氮氣熱解過程，水蒸氣氣化過程在低溫段與熱解過程基本相同，但在高溫階段出現半焦氣化過程，其中熱解過程適用于均相反應模型，而收縮核模型則能較好的描述半焦氣化過程；半焦氣化過程隨水蒸氣分壓提高，氣化反應相對速率提高、活化能降低；四種生物質原樣的水蒸氣氣化失重過程類似，由于原料本身物化特性差異，使得它們的氣化特性參數不同，其中棉桿氣化程度ψ最大（96.07%），木屑次之，稻桿最低；粒徑1.00~1.68mm顆粒與0.450~1.000mm粒徑氣化特性差別較大，隨粒徑減小，失重過程更為明顯，氣化程度加強、活化能降低，但當顆粒尺寸小于1mm后，粒徑對物質氣化過程影響不明顯。 為進一步探究熱解過程和焦活性對生物質氣化的影響機制，建立了生物質連續(xù)給料固定床熱解實驗裝置，并進行了不同樣品種類和熱解反應溫度的生物質熱解實驗，利用相關分析儀器對熱解氣、液、固三態(tài)產物的物化特性進行全面分析，以揭示生物質熱解機制。而后，利用熱重分析儀（TGA）對熱解半焦進行了氣化實驗，，探討了樣品種類、制焦溫度和氣化介質對半焦氣化過程的影響，研究表明：隨熱解溫度升高，氣態(tài)不凝氣產量升高，H_2、CH_4、CO等可燃氣比重增加；液態(tài)生物油由小分子乙酸轉化成蒽、茚等芳香族化合物；固態(tài)半焦呈下降趨勢，其含量官能團數量明顯減少，揮發(fā)分和氧含量明顯降低，碳含量顯著提高；熱解半焦氣化過程主要是固定碳與氣化介質的反應過程，隨制焦溫度提高其氣化反應速率RS減小，氣化活性降低，并且水蒸氣氣化半焦的失重量、失重率、氣化活性都明顯高于CO_2氣化�；谌龖B(tài)產物物化特性，本實驗認為900℃時生物質熱解過程已基本結束。 在總結常規(guī)熱解氣態(tài)產物分布特點的基礎上，開展了700℃和900℃的四種生物質原樣的催化熱解實驗。重點考察催化劑種類（石灰石、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵）對熱解氣中H_2和CH_4產率的調控，以及催化劑對半焦二氧化碳氣化活性的影響，實驗研究顯示：催化劑的加入提升了氣態(tài)不凝氣（約為30%）和固態(tài)半焦的產率，液態(tài)生物油產率明顯降低，四種催化劑中以煅燒石灰石對產物分布影響最為明顯；催化熱解氣質量明顯改善，甲烷含量在催化熱解溫度700℃時提升效果最好（~15%），而氫氣產率提高更為顯著（約為40%）。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TK6

【參考文獻】

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1 陳冠益;高文學;顏蓓蓓;賈佳妮;;生物質氣化技術研究現狀與發(fā)展[J];煤氣與熱力;2006年07期

2 陳蔚萍;陳迎偉;劉振峰;;生物質氣化工藝技術應用與進展[J];河南大學學報(自然科學版);2007年01期

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2 孫云娟;生物質催化氣化及焦油裂解的研究[D];中國林業(yè)科學研究院;2006年

本文編號：2709794