生物质（稻壳）微波热解研究

论文摘要

生物质是一种重要的可再生能源。我国是农业大国生物质资源储量巨大,稻壳作为谷物加工的主要副产品之一,我国每年拥有3.6亿t以上。寻求一条合理利用稻壳的道路,对于提高广大农民的收入,减少环境污染等问题有着重大的意义。热解是生物质气化、燃烧中必然伴随的过程,不同条件下的控制热解也可作为制备活性炭、生物油或气体燃料的技术手段,研究生物质热解规律对生物质的能源转化利用具有重要意义。本文以稻壳为原料在微波频率2450MHz,功率在0-4kW范围内线性可调的小型生物质微波热解装置上进行热解实验,利用串联三级冰浴U形管冷却可凝组分,热解生成的气体产物分时间段收集,并利用气相色谱和气质联用仪对气体和液体组分进行分析。实验主要考察了粒径、微波功率和N2流速对稻壳微波热解的气液固产率,气体、液体和固体组成以及气体产物中各组分体积百分数变化的影响。稻壳微波热解生成的气体产物主要是H2、CO、CH4和CO2,液体产物中主要是酚类化合物,其中较为富集的成分有:2,3-二氢-苯并呋喃、萘、苯酚、十六烷酸、4-甲基苯酚、糠醇、Z)-9-十八烯酸。生物油氧含量较高,含量水率达60%左右,固体残余物中主要是残碳和无定型二氧化硅。三种无机添加剂的加入使稻壳热解气体产率提高,液体和固体产率减少。当添加剂用量少于稻壳试样重量的40%时,三种添加剂中氧化镁催化气化的气体产率最高;添加剂用量为稻壳试样重量的80-100%之间时,白云石催化气化的气体产率最高,白云石用量为100%时稻壳热解气体产率达60.67%。当添加剂用量为100%时,与稻壳热解的空白试验相比,氧化镁催化稻壳热解使氢气和一氧化碳的产率分别提高278%和58%;氧化钙催化稻壳热解使氢气和一氧化碳的产率分别提高141%和102%;白云石催化稻壳热解使氢气和一氧化碳的产率分别提高75%和141%。另外,实验表明,白云石重复使用仍然具有很好的催化气化作用,等量重复使用可使氢气和一氧化碳的产率分别提高85%和201%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 能源与环境危机
• 1.2 生物质资源及其开发意义
• 1.3 生物质能利用技术概述
• 1.4 物理转换技术
• 1.5 生物转换技术
• 1.6 化学转换技术
• 1.6.1 直接燃烧
• 1.6.2 液化
• 1.6.3 气化
• 1.6.4 热解
• 1.7 生物质热解研究现状
• 1.7.1 生物质热解机理
• 1.7.2 非催化热解
• 1.7.3 催化热解
• 1.7.4 微波热解
• 1.8 本论文主要研究内容
• 2 稻壳微波热解
• 2.1 微波概念及其加热原理
• 2.2 微波化学技术
• 2.3 实验原料、仪器和条件
• 2.4 原料准备
• 2.5 微波热解试验装置
• 2.6 微波热解实验步骤
• 2.7 产物的仪器分析
• 2.7.1 不凝性气体分析
• 2.7.2 液体产物有机成分鉴定
• 2.7.3 固体产物分析
• 2.8 结果与讨论
• 2.8.1 稻壳微波热解过程中的温度变化
• 2.8.2 微波功率对稻壳热解的影响
• 2.8.3 粒径对稻壳热解的影响
• 2流速对热解产物的影响'>2.8.4 N₂流速对热解产物的影响
• 2.8.5 稻壳热解的液体产物组成
• 2.8.6 稻壳热解的固体产物分析
• 2.9 本章小结
• 3 几种添加剂对稻壳微波热解的催化作用
• 3.1 实验药品与仪器
• 3.2 稻壳催化热解实验步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 无机添加剂对稻壳热解气液固产率的影响
• 3.3.2 稻壳热解气体分析
• 3.3.3 稻壳热解液体产物分析
• 3.4 本章小结
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介及读研期间主要科研成果