论文题目: 生物质常规与非常规条件下的热解行为及升值利用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程与技术
作者: 曹青
导师: 谢克昌
关键词: 生物质,热解,等离子,催化,废轮胎,活性炭
文献来源: 太原理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 化石燃料的日趋减少，造成当今世界面临能源危机问题，科学家把未来的能源寄托在再生能源如太阳能、生物质能等方面。生物质是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源。据估计，全球生物质产量约2200亿t／a（相当于600～800亿t吨石油的能量），远远超出目前世界化石燃料消耗的总和。仅我国农作物废弃物就相当于6亿吨标准煤，林业废弃物相当于3亿吨标准煤。大量生物质或因腐烂浪费、或在田间直接焚烧，利用率仅为3％，远远没有达到高效转化利用的目的。生物质具有可再生、二氧化碳近零排放、对环境友好等优点。如何将生物质高效转化为环境友好的替代能源，对缓减未来能源紧张形势及稳定社会政治、经济具有重要的意义。热化学转化技术是利用生物质能有效途径之一。在生物质各种热化学转化过程中，热解过程的研究是最基本的内容，通过对生物质热解过程变化规律及其影响因素的研究，为实现高效热转化利用生物质能技术提供科学依据和帮助。鉴于不同热解手段得到的气液固三相产物性质存在较大差异，为此，本文通过普通条件下常规热解与等离子条件下的非常规热解两种不同手段对影响生物质热解过程的一系列重要因素进行了研究，主要内容包括以下几个方面： （1）采用固定床反应器对生物质进行快速热解，考察了常规条件下影响生物质热解的主要因素及气、液、固三相产率的变化规律，气体产物变化情况。结果表明常规条件下热解生物质，CO、CO2质量百分含量分别占38.9％、19.4％，其次为H2和CH4，它们二者之和占25.9％。热解温度段不同，热解规律不同，表现为350～400℃温度段失重速率较快，产生的气体明显增加，固体和液体迅速减少；450～600℃的温度段，液体变化趋于平缓，而固体减少趋于缓慢。载气流速的增大有利于提高热解液体和气体产率。 （2）研究了生物质在等离子体作用下热解过程的基本规律及影响气体产物分布的主要因素。结果表明，在此条件下热解生物质的气体产物主要是CO、H2和C2H2，其中CO、C2H2和H2相应含量依次为54.2～69.17wt％、15.6～36.4wr％和6.86～11.3wt％。原料挥发分越高，热解产生的乙炔浓度越高；相同条件下热解Datong煤热解气中乙炔的
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 文献综述及选题
1.1 开发生物质能源的重要性
1.2 生物质能源的种类及特性
1.3 生物质资源状况
1.4 生物质能源的主要利用方式
1.4.1 热解液化
1.4.1.1 闪速热解
1.4.1.2 快速热解及反应器类型
1.4.1.3 快速热解过程中固体颗粒分离
1.4.1.4 生物油的收集
1.4.1.5 生物油作为动力燃料存在的问题
1.4.2.气化
1.4.3 燃烧
1.4.4 厌氧发酵
1.5 国内外研究生物质能源的状况
1.6 课题的提出和研究内容
参考文献
第二章 实验装置及测试方法
2.1 原料及性质
2.2 装置
2.2.1 常规热解装置
2.2.2 常规热解催化装置
2.2.3 等离子体热解装置
2.3 气体分析
2.4 热重-差热分析仪(TG-DTA)
2.5 红外吸收光谱分析
2.6 气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)
2.7 热解-红外光谱联用仪(PY-FTIR)
2.7.1 CDS2000热丝裂解器／红外光谱联用仪。
2.7.2 实验方法
第三章 生物质热解行为
3.1 生物质常规热解
3.1.1 实验部分
3.1.2 结果与讨论
3.1.2.1 温度对气、液、固三相产率的影响
3.1.2.2 载气流速对气液固三相产率的影响
3.1.2.3 加热速率对气液固三相产率的影响
3.1.2.4 温度对开始生成的气体产物组成的影响
3.1.2.5 温度对气体产率的影响
3.1.3 热解过程动力学分析
3.1.3.1 实验部分
3.1.3.2 结果与讨论
3.1.3.2.1 气氛对热解过程的影响
3.1.3.2.2 加热速率对热解过程的影响
3.1.3.2.3 气体流速的影响
3.1.3.2.4 动力学方程的建立
3.2 等离子条件下生物质的热解行为
3.2.1 实验部分
3.2.2 计算方法
3.2.3 结果与讨论
3.2.3.1 供粉速率的确定
3.2.3.2 反应器取样位置对乙炔浓度的影响
3.2.3.3 颗粒大小的影响
3.2.3.4 电流对热解产物的影响
3.2.3.5 生物质在等离子体中的气相产物分布
3.2.3.6 热解转化率
3.2.3.7 乙炔在含碳气体中所占的比例
3.2.3.8 生物质与煤热解产生乙炔气体含量的比较
3.2.3.9 生物质的Py-FTIR分析
3.3 两种热解手段的差异性分析
3.4 本章小结
参考文献
第四章 生物质与废轮胎共热解
4.1 实验部分
4.2 结果与讨论
4.2.1 共热解热重分析
4.2.2 常规条件下的共热解
4.2.2.1 共热解对气液固三相产率的变化
4.2.2.2 组成对共热解三相产率的影响
4.2.2.3 加热速率对共热解气相组成影响
4.2.3 等离子条件下共热解
4.2.3.1 组成对共热解的影响
4.2.3.2 生物质种类共热解气相产物的影响
4.2.3.3 结构对热解产物影响的考核
4.2.3.4 材料状态对热解产物的影响
4.2.4 Py-FTIR分析
4.4 本章小结
参考文献：
第五章 生物质热解及催化研究
5.1 生物质热解液体升级途径
5.2 实验部分
5.2.1 实验装置
5.2.2 MCM-41的制备
5.2.3 热解及催化实验步骤
5.2.4 化学族组成的划分及GC-MS分析
5.2.5 样品分析
5.3 结果与讨论
5.3.1 惰性SiO_2取代催化剂时热解液体组成
5.3.2 催化剂对气液固三相产率的影响
5.3.2.1 氧化钙对热解液体产率的影响
5.3.2.2 MCM-41对热解液体产率的影响
5.3.3 催化剂对热解液体组成的影响
5.3.3.1 脂肪族类组分分析
5.3.3.2 芳香族类组分分析
5.3.3.3 含氧化合物族组分分析
5.3.3.4 极性化合物族组分分析
5.4 本章小结
参考文献
第六章 生物质热解固体残渣的利用
6.1 实验部分
6.1.1 活性炭的制备
6.1.2 活性炭表面积测定
6.1.3 亚甲基蓝吸附值的测定
6.1.4 对吸附重金属Pb~(2+)的测定
6.1.5 对吸附重金属Cd~(2+)的测定
6.2 结果与讨论
6.2.1 活化方式对活性炭比表面积的影响
6.2.2 炭化温度及时间的确定
6.2.3.活化过程中加热速率对活性炭比表面积的影响
6.2.4 活化温度的影响
6.2.5 活化时间的确定
6.2.6 活化剂浓度对活性炭比表面积的影响
6.2.7 浸渍时间对活性炭比表面积的影响
6.2.8 孔结构表征
6.2.9 活性炭吸附性能的比较
6.2.9.1 亚甲基蓝吸附值
6.2.9.2 酸度对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附性能的影响
6.2.10 活性炭的再生
6.3 本章小结
参考文献
第七章 主要结论和建议
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 不足与建议
博士期间发表论文及成果
致谢
论文独创性说明
发布时间: 2006-10-23
参考文献
- [1].氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律[D]. 任霄汉.哈尔滨工业大学2017
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