發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 16:23

【摘要】：生物質(zhì)是被廣泛認(rèn)可的環(huán)境友好型可再生能源，氣化技術(shù)則是其最有效的能源轉(zhuǎn)化方式之一，它能有效的將固體能源轉(zhuǎn)換成可利用的氣態(tài)合成氣。大量研究表明，生物質(zhì)氣化過(guò)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(guò)程。因此，本文基于熱解過(guò)程和焦氣化活性，對(duì)生物質(zhì)的氣化特性機(jī)制進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究。 為深入了解生物質(zhì)在氣化過(guò)程不同階段的反應(yīng)特點(diǎn)，本文選取典型農(nóng)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(duì)象，在熱重實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了生物質(zhì)的水蒸氣熱解氣化實(shí)驗(yàn)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(duì)生物質(zhì)氣化過(guò)程的影響，實(shí)驗(yàn)表明：相比純氮?dú)鉄峤膺^(guò)程，水蒸氣氣化過(guò)程在低溫段與熱解過(guò)程基本相同，但在高溫階段出現(xiàn)半焦氣化過(guò)程，其中熱解過(guò)程適用于均相反應(yīng)模型，而收縮核模型則能較好的描述半焦氣化過(guò)程；半焦氣化過(guò)程隨水蒸氣分壓提高，氣化反應(yīng)相對(duì)速率提高、活化能降低；四種生物質(zhì)原樣的水蒸氣氣化失重過(guò)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(shù)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(guò)程更為明顯，氣化程度加強(qiáng)、活化能降低，但當(dāng)顆粒尺寸小于1mm后，粒徑對(duì)物質(zhì)氣化過(guò)程影響不明顯。 為進(jìn)一步探究熱解過(guò)程和焦活性對(duì)生物質(zhì)氣化的影響機(jī)制，建立了生物質(zhì)連續(xù)給料固定床熱解實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了不同樣品種類和熱解反應(yīng)溫度的生物質(zhì)熱解實(shí)驗(yàn)，利用相關(guān)分析儀器對(duì)熱解氣、液、固三態(tài)產(chǎn)物的物化特性進(jìn)行全面分析，以揭示生物質(zhì)熱解機(jī)制。而后，利用熱重分析儀（TGA）對(duì)熱解半焦進(jìn)行了氣化實(shí)驗(yàn)，，探討了樣品種類、制焦溫度和氣化介質(zhì)對(duì)半焦氣化過(guò)程的影響，研究表明：隨熱解溫度升高，氣態(tài)不凝氣產(chǎn)量升高，H_2、CH_4、CO等可燃?xì)獗戎卦黾�；液態(tài)生物油由小分子乙酸轉(zhuǎn)化成蒽、茚等芳香族化合物；固態(tài)半焦呈下降趨勢(shì)，其含量官能團(tuán)數(shù)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(guò)程主要是固定碳與氣化介質(zhì)的反應(yīng)過(guò)程，隨制焦溫度提高其氣化反應(yīng)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。基于三態(tài)產(chǎn)物物化特性，本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為900℃時(shí)生物質(zhì)熱解過(guò)程已基本結(jié)束。 在總結(jié)常規(guī)熱解氣態(tài)產(chǎn)物分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了700℃和900℃的四種生物質(zhì)原樣的催化熱解實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)考察催化劑種類（石灰石、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵）對(duì)熱解氣中H_2和CH_4產(chǎn)率的調(diào)控，以及催化劑對(duì)半焦二氧化碳?xì)饣钚缘挠绊懀瑢?shí)驗(yàn)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(chǎn)率，液態(tài)生物油產(chǎn)率明顯降低，四種催化劑中以煅燒石灰石對(duì)產(chǎn)物分布影響最為明顯；催化熱解氣質(zhì)量明顯改善，甲烷含量在催化熱解溫度700℃時(shí)提升效果最好（~15%），而氫氣產(chǎn)率提高更為顯著（約為40%）。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2709794