生物質(zhì)能作為一種清潔、高效、可再生的新能源,同時(shí)也是唯一可再生碳源引起了世界的廣泛關(guān)注。生物質(zhì)固化成型技術(shù)和熱解技術(shù)是對生物質(zhì)資源進(jìn)行開發(fā)和利用的一種簡潔而高效的途徑。生物質(zhì)炭是熱解過程的主要固體產(chǎn)物,是一種含碳量較高的物質(zhì),具有廣泛用途,并且在一定條件下,生物質(zhì)炭可與CO2發(fā)生反應(yīng),達(dá)到減少CO2的目的。本文以松木屑為原料,圍繞其成型特性、成型生物質(zhì)熱解成炭特性及生物質(zhì)在CO2氣氛下的熱解特性進(jìn)行相關(guān)的基礎(chǔ)研究。基于成型和熱解制炭考慮,原料應(yīng)選擇灰分含量低、木質(zhì)素含量高的生物質(zhì),因?yàn)楸疚倪x取送木屑作為原料。通過對生物質(zhì)成型特性的研究發(fā)現(xiàn),成型生物質(zhì)和原始粉體生物質(zhì)的組成成分以及熱值均無明顯變化,即生物質(zhì)成型過程是一個(gè)物理過程。熱成型生物質(zhì)的成型密度普遍高于常溫成型(冷成型)。成型生物質(zhì)的密度與成型溫度、成型壓力、生物質(zhì)粒度和壓模形狀均有直接關(guān)系。其次,在不同熱解參數(shù)下,對成型生物質(zhì)炭各項(xiàng)特性進(jìn)行了研究。研究得到：熱解參數(shù)決定了生物質(zhì)炭的各項(xiàng)特性,當(dāng)熱解終溫由400℃逐漸升至700℃時(shí),生物質(zhì)炭的熱值、固定碳、灰分、碳含量、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)程度、聚合度和石墨化程度都有所提高,但其產(chǎn)率、揮發(fā)分、氫和氧含量都有不同程度下降；在熱解終溫較低(400℃)時(shí),隨著升溫速率的升高,生物質(zhì)炭產(chǎn)量有逐漸上升的趨勢,但當(dāng)熱解溫度升高時(shí)(500℃-700℃),生物質(zhì)炭產(chǎn)量隨升溫速率升高而顯著下降；對比成型生物質(zhì)炭和粉體生物質(zhì)炭可得,成型炭具有較高的炭產(chǎn)率、灰分、石墨化程度以及更有序的孔隙結(jié)構(gòu),但熱值稍低。通過研究成型生物質(zhì)熱解成炭動力學(xué)可知,隨著升溫速率的升高,熱解反應(yīng)會出現(xiàn)程度不同的熱滯后現(xiàn)象。經(jīng)計(jì)算和比較不同的熱解機(jī)理函數(shù),Ginstling-Brounshtein方程具有較好的擬合度,較為符合本文成型生物質(zhì)的熱解過程,經(jīng)計(jì)算,成型生物質(zhì)熱解的活化能約為103～107kJ/mol。通過研究在CO2氣氛下成型生物質(zhì)在不同熱解溫度下的熱解特性發(fā)現(xiàn),終溫為800℃的熱解過程對于CO2的轉(zhuǎn)化有較為明顯的效果,,熱解溫度低于800℃時(shí)效果不明顯。通過對比不同熱解氣氛,CO2氣氛可促進(jìn)生物質(zhì)脫揮發(fā)反應(yīng)的提前進(jìn)行,其中CO2、CO和CH4的析出峰值均有提前；CO2氣氛還抑制了CH4的熱裂解產(chǎn)量,從而抑制了H2的產(chǎn)量。在800℃制備的成型生物質(zhì)炭的炭質(zhì)化程度較高,揮發(fā)分含量較低,具有較高的熱值且僅含有極少量的氮和硫元素,具備替代煤炭等固體化石燃料的潛力；成型生物質(zhì)炭的抗壓強(qiáng)度較好,具備成為冶金行業(yè)還原劑的潛力。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TK6
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景與意義
    1.2 課題研究相關(guān)進(jìn)展
        1.2.1 生物質(zhì)熱解炭化的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 生物質(zhì)固化成型研究現(xiàn)狀
        1.2.3 生物質(zhì)制炭工業(yè)化應(yīng)用
    1.3 課題研究內(nèi)容
第二章 成型炭化原料選擇和生物質(zhì)成型特性研究
    2.1 成型炭化原料選擇
        2.1.1 工業(yè)分析
        2.1.2 木質(zhì)素含量
    2.2 生物質(zhì)成型特性研究
        2.2.1 生物質(zhì)成型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.2.2 生物質(zhì)成型結(jié)果和分析
    2.3 本章小結(jié)
第三章 成型生物質(zhì)炭特性研究
    3.1 生物質(zhì)熱解制炭實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
    3.2 成型生物質(zhì)炭特性研究
        3.2.1 生物質(zhì)炭的分析檢測
        3.2.2 分析檢測結(jié)果
        3.2.3 總結(jié)與討論
    3.3 成型生物質(zhì)成炭動力學(xué)研究
        3.3.1 成型生物質(zhì)熱重實(shí)驗(yàn)
        3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.3.3 生物質(zhì)熱解成炭動力學(xué)
    3.4 本章小結(jié)
2氣氛下熱解特性研究'>第四章 成型生物質(zhì)在CO₂氣氛下熱解特性研究
2氣氛下熱解特性研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)'>    4.1 成型生物質(zhì)在CO₂氣氛下熱解特性研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2氣氛下熱解特性研究'>    4.2 成型生物質(zhì)在CO₂氣氛下熱解特性研究
        4.2.1 氣體成分檢測結(jié)果
        4.2.2 成型生物質(zhì)炭性能檢測
    4.3 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄

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