近年來,由于化石燃料的利用帶來的能源短缺和環(huán)境污染問題日益尖銳,生物質熱解技術受到越來越多的關注。在傳統(tǒng)熱解技術中,焦油問題是阻礙其廣泛推廣的棘手難題,加壓熱解無疑是解決這一難題的重要方法。本論文利用自制高溫高壓反應釜開展松木屑常壓和加壓熱解實驗,研究了溫度、壓力和進料方式對熱解過程中產(chǎn)物質量分布和產(chǎn)物特性的影響。主要研究成果如下:(1)松木屑的熱解過程可以3個階段:物料干燥階段、一次熱解反應階段和殘渣的二次熱解階段。其中,一次熱解反應階段的失重率為63.10%,是發(fā)生熱解反應的主要階段。(2)在松木屑的常壓熱解實驗中,焦油是熱解的主要產(chǎn)物,其產(chǎn)率在33.47%~45.97%之間。而在加壓熱解中,高壓促進了焦油的二次裂解,600°C壓力為5MPa時,焦油含量為14.24%。高溫進料時,熱解氣和焦油的產(chǎn)率明顯增加,生物炭和水的產(chǎn)率明顯下降,其中焦油產(chǎn)率比常溫進料時高11.26%。(3)在常壓熱解中,CO是高溫區(qū)間的主要氣體成分,且隨溫度的升高,CO和H_2含量呈上升趨勢而CO_2和CH4的含量則呈下降趨勢。在加壓狀態(tài)下,加壓促進了焦油的脫羧基作用,當壓力升高時,CO_2含量持續(xù)增加。高溫進料不利于焦油和熱解氣間的二次裂解反應,從而導致H_2、CH4和CO_2的含量明顯下降。(4)提高熱解壓力,焦油含氧量明顯減少。壓力促進了焦油二次裂解生成小分子醛、酮和酸等化合物。600°C,3 MPa下松木屑加壓熱解油的主要組分為含氧化合物,苯酚和乙酸是加壓熱解油中含量最多的兩種物質。(5)隨熱解溫度的升高,生物炭中揮發(fā)分和H、O元素的含量逐漸降低,固定碳和灰分含量逐漸升高。生物炭的FTIR分析表明高溫促進了木質素和多聚糖類物質的降解;高壓對木質素的降解并無抑制作用,但會促進脂肪族類有機物的降解。提高熱解壓力和熱解溫度,生物炭燃燒性能明顯提高,600°C,3 MPa下的生物炭熱分解的溫度區(qū)間為480~615°C,其失重率在480~600°C范圍內均維持在6%·min-1以上。從微觀結構來看,加壓促進了生物炭內部的膨脹,而且隨著熱解壓力的升高,生物炭表面變得更加粗糙,孔隙結構更加發(fā)達。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TK6
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 生物質與生物質能及其特性
    1.2 生物質的組成與結構
    1.3 生物質能利用現(xiàn)狀
    1.4 生物質能轉換技術概述
        1.4.1 直接燃燒技術
        1.4.2 熱化學轉化技術
        1.4.3 生物化學轉化技術
    1.5 生物質加壓熱解的研究進展
        1.5.1 生物質熱解機理及研究現(xiàn)狀
        1.5.2 生物質加壓熱解的研究現(xiàn)狀
    1.6 本課題的研究目的、內容及技術路線
        1.6.1 研究目的及內容
        1.6.2 技術路線
2 實驗部分
    2.1 熱解實驗設備
    2.2 實驗原料及熱解裝置
        2.2.1 實驗原料及特性
        2.2.2 加壓熱解實驗裝置
    2.3 實驗步驟
        2.3.1 松木屑常壓熱解實驗步驟
        2.3.2 松木屑加壓熱解實驗步驟
    2.4 熱解產(chǎn)物的分析方法及數(shù)據(jù)處理
        2.4.1 氣體產(chǎn)物的分析方法
        2.4.2 液體產(chǎn)物的分析方法
        2.4.3 固體產(chǎn)物的分析方法
        2.4.4 數(shù)據(jù)處理方法
3 松木屑常壓熱解特性研究
    3.1 松木屑熱解過程分析
    3.2 常壓熱解產(chǎn)物質量分布
    3.3 常壓熱解氣體組分分析
    3.4 常壓熱解生物炭和熱解油的特性分析
    3.5 本章小結
4 松木屑加壓熱解特性研究
    4.1 加壓熱解產(chǎn)物質量分布
        4.1.1 溫度對產(chǎn)物質量分布的影響
        4.1.2 壓力對產(chǎn)物質量分布的影響
        4.1.3 進料方式對產(chǎn)物質量分布的影響
    4.2 加壓熱解氣體組分分析
        4.2.1 溫度對熱解氣體組分的影響
        4.2.2 壓力對熱解氣體組分的影響
        4.2.3 進料方式對熱解氣體組分的影響
    4.3 加壓熱解油的特性分析
        4.3.1 熱解油元素組成分析
        4.3.2 傅里葉變換紅外光譜分析
        4.3.3 氣象色譜質譜聯(lián)用儀分析
    4.4 加壓熱解生物炭的特性分析
        4.4.1 生物炭的基本特性分析
        4.4.2 生物炭燃燒特性分析
        4.4.3 傅里葉變換紅外光譜分析
        4.4.4 掃描電鏡分析
    4.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝

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本文編號：2892224