熔融碱热解生物质制氢

论文摘要

日益严重的能源和环境问题已经影响到了人类社会的发展,开发新清洁代替能源势在必行。生物质制氢是可再生能源研究的重要方向之一,本文利用熔融碱作为反应催化剂、分散剂和热载体,开展了熔融碱热解生物质制氢的相关研究,提供了一种生物质制氢的新途径。测定了杉木屑、桦木屑、红木屑、水稻秸秆、稻壳、油菜秸秆六种生物质原料的主要成分纤维素、半纤维素和木质素的含量;测定了各生物质原料主要元素及金属离子的含量;测定了各生物质原料中水分、挥发分等组成分布,为生物质热解研究提供了基础理论数据。采用热重分析法对水稻秸秆的热解失重规律以及反应动力学进行了实验研究;通过动力学计算方法计算水稻秸秆热解反应动力学活化能Ea和指前因子A等动力学参数,采用最佳拟合原则确定合适的反应级数,利用重量加权平均活化能计算整体活性。以水稻秸秆作为主要生物质原料,NaOH为主要熔融碱,利用自行设计的生物质热裂解装置,对熔融碱热解生物质制氢过程进行了比较全面系统的实验研究。根据实验装置与工艺的特点建立起系统的产物分析方法,尤其是对气体产物的定性定量方法。分别比较和分析了热解温度、生物质原料种类、熔融碱组成、载气流速、无机盐催化剂等实验条件和工艺参数对生物质热解制氢的影响。比较了熔融碱存在与否对水稻秸秆热解过程及产物组成的影响,在此基础上初步探讨了熔融碱热解水稻秸秆的反应机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 生物质能概述
• 1.2.1 生物质能资源及特点
• 1.2.2 生物质能转化利用技术
• 1.3 氢能概述
• 1.3.1 氢能特点
• 1.3.2 制氢技术
• 1.3.3 氢的纯化与储存
• 1.4 生物质制氢技术
• 1.4.1 生物质制氢技术概述
• 1.4.2 生物质热化学转化制氢技术研究现状
• 1.4.2.1 生物质气化制氢技术的研究
• 1.4.2.2 生物质热裂解制氢技术的研究
• 1.5 本文研究目的与内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 生物质原料分析
• 2.1 生物质原料主要成分分析
• 2.1.1 成分分析方法
• 2.1.1.1 酸水解法测纤维素含量
• 2.1.1.2 比色法测半纤维素含量
• 2.1.1.3 72%硫酸法测木质素含量
• 2.1.2 结果分析与讨论
• 2.2 生物质原料元素分析及工业分析
• 2.2.1 分析仪器与方法
• 2.2.2 结果分析与讨论
• 2.3 本章小结
• 第三章 生物质热重实验研究
• 3.1 实验仪器与方法
• 3.1.1 实验仪器与条件
• 3.1.2 热重实验方法
• 3.1.3 热解动力学计算方法
• 3.2 生物质热解特性
• 3.2.1 升温速率对生物质热裂解的影响
• 3.2.2 无机碱对生物质热解的影响
• 3.2.3 不同升温速率对添加无机碱生物质热裂解的影响
• 3.2.4 无机碱中添加其他无机盐对生物质热裂解的影响
• 3.3 添加无机盐生物质热裂解的动力学分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 熔融碱热解生物质制氢实验研究
• 4.1 实验装置与步骤
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验步骤
• 4.2 实验条件与分析方法
• 4.2.1 实验条件的确定
• 4.2.2 气体产物分析方法
• 4.2.2.1 气体产物的体积计量
• 4.2.2.2 气体产物的组成分析
• 4.2.3 固体、液体产物分析方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 热解温度的影响
• 4.3.2 熔融碱组成的影响
• 4.3.3 生物质原料的影响
• 4.3.4 载气流速的影响
• 4.3.5 熔融碱与生物质比的影响
• 4.3.6 添加其他无机盐的影响
• 2 的影响'>4.3.7 添加NiCl₂的影响
• 4.4 实验机理推导
• 4.4.1 熔融碱对生物质热解影响作用
• 4.4.2 熔融碱与CO 的反应过程
• 4.4.3 熔融碱热解生物质制氢机理
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文