生物质热解炭、气、油联产实验研究

论文摘要

生物质热裂解是将生物质转化为固体焦炭、液体生物油及可燃气体的技术,容易实现连续化生产和工业化应用,成为当今世界可再生能源发展领域中的前沿技术之一。然而影响热裂解的因素很多,产物生物油难以直接利用,产品高值化利用较难等都成为制约生物质快速热裂解商业化发展的主要瓶颈。本文从资源和经济可行性出发,选取木屑作为研究对象,对生物质热裂解制取焦炭、生物油和可燃气进行实验研究,并对产物进行了较为系统的分析。通过元素分析、工业分析以及热重红外联用分析等方法,对研究对象木屑进行物理化学性质的剖析。将木屑在惰性气氛下的热失重过程分为干燥、主要热裂解、炭化三个不同阶段,对三个阶段不同的红外光谱图分析木屑在不同阶段气体产物释放的规律,为木屑热裂解实验的开展提供参考。在进料量为10kg/h的小型鼓泡式流化床热裂解反应系统上研究了不同热解终温对木屑热解产物收集率和特性的影响。热解产物收集率随着温度的变化呈现一定的变化规律,固体产物焦炭的收集率随着温度的升高而降低,液体产物的收集率随着温度的升高而升高,但是当升高到一定温度时,收集率会随着温度的升高而逐渐下降。在热解终温为500℃条件下液体产物收集率最大为27.6wt%,此时固体产物的收集率为30.7wt%。对液体产物收集率最大时即热解终温500℃条件下制备的液体产物进行理化特性分析。结果显示,生物油的热值比锅炉燃油低,含氧量较高,如果用作燃油,需要进一步的精制。热解液体产物生物油的组分分析显示,生物油是一种组分复杂的混合物,包含了多种含氧化合物,如酸、醇、醛、酯、酮和酚等,碳原子数在2-10之间。对生物质热裂解过程中收集的焦炭,进行了物理性质和孔隙结构的分析。结果表明生物质热裂解焦炭具有较高的热值,可以作为燃料使用,且具备初步的孔隙结构,具有制备活性炭的条件。通过计算500℃条件下生物质热裂解过程所需要的能量,结果显示1kg木屑热解所需要的能量为2412kJ。而木屑热裂解产生的小分子可燃气体CO、CH4、H2分别占混合气体的11.24%,1.4%,2.92%。计算可燃气体的发热值显示1kg木屑热解气体能提供855kJ的热量,相当于1kg木屑热解用能的35%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物质能及其利用技术
• 1.2.1 生物质能
• 1.2.2 生物质能研究与开发的意义
• 1.2.3 生物制能的利用技术和发展趋势
• 1.3 生物质热裂解技术
• 1.3.1 热裂解反应参数研究现状
• 1.3.2 热裂解反应器研究现状
• 1.3.3 国内外生物质热解商业化进程
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 生物质的特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 试验装置与方法
• 2.2.1 试验原料
• 2.2.2 试验设备与程序
• 2.3 生物质原料的热重分析
• 2.4 生物质的热重红外联用分析
• 2.4.1 热解气相产物的三维谱图分析
• 2.4.2 干燥预热阶段FTIR图谱分析
• 2.4.3 挥发份析出阶段的FTIR图谱分析
• 2.4.4 炭化阶段的FTIR图谱分析
• 2.5 本章结论
• 第三章 热解炭、气、油联产试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验装置与流程
• 3.2.1 试验装置
• 3.2.2 试验流程
• 3.3 研究方法与试验步骤
• 3.3.1 研究方法
• 3.3.2 试验步骤
• 3.4 反应工艺参数的确定
• 3.4.1 压力
• 3.4.2 氮气流量
• 3.4.3 进料量
• 3.5 热态试验研究结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 热解终温对产物特性的影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 生物质热解液态产物的理化性质测定
• 4.2.1 试验仪器与设备
• 4.2.2 液体产物物理性质测定结果与分析
• 4.2.3 液体产物化学性质测定结果与分析
• 4.3 生物质热解焦炭特性分析
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 热解焦炭的工业分析与元素分析
• 4.3.3 生物质热解焦炭的电镜分析
• 4.4 热解产物的应用分析
• 4.4.1 热解液体产物的应用分析
• 4.4.2 热解固体产物的应用分析
• 4.5 生物质热解过程的能量分析
• 4.5.1 流化床反应系统的能耗计算
• 4.5.2 热解气体提供的热量衡算
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢