收藏本站
《浙江大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于组分的生物质热裂解机理研究

刘倩  
【摘要】:快速热裂解技术是当今世界上生物质能研究开发的前沿技术,然而由于生物油成分的复杂性以及性质的不稳定性限制了该项技术的深层规模化应用,究其原因是缺乏对相关机理的深入了解。本文结合国家重点基础研究发展计划项目和国家自然科学基金项目,对基于组分的生物质热裂解机理进行了较为系统的研究。 生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,另外含有少量的可溶性有机物和无机矿物质成分。采用范式分析法对十种代表性的林业生物质进行组分分析,并获取了含有不同组分的三种洗涤纤维(中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和强酸洗涤纤维)。在热重-红外联用分析仪上研究了三种洗涤纤维的热裂解,发现不同种生物质的中性洗涤纤维的热裂解都非常相似,代表着三大组分的热裂解特征。碳氢化合物、醛类、酮类、酸类、醇类等都在半纤维素和纤维素的主要热裂解阶段生成。强酸洗涤纤维,即Klason木质素的热裂解过程可分为三段,分别对应于水分的蒸发,主要挥发份产物的生成以及小分子气体产物的释放。酚类和醇类是其热裂解的主要产物。 针对当前纤维素热裂解研究领域中存在的理论难题,开展了活性纤维素生成及其演变的机理研究。在辐射加热闪速热裂解实验台上获取了一种可溶于水、高温下易分解、室温下呈固态且稳定存在的黄色物质,其产量随着反应的进行呈现升高-稳定-再升高的变化趋势。高效液相色谱分析证明其主要成分包括低聚糖、葡萄糖、左旋葡聚糖、丙酮醛等。通过对各成分产量变化的分析,将其中的纤维二糖、纤维三糖等低聚糖,以及葡萄糖等单糖的混合物归为活性纤维素,其相对产量呈现先升后降的趋势。由此证明活性纤维素在高温下极不稳定,易降解生成聚合度更低的糖类,甚至焦炭、挥发份和气体产物。在此基础上提出了一个改进的机理模型,整体描述了活性纤维素生成和进一步演变的反应路径。基于B-S动力学机理模型,结合辐射加热闪速热裂解的实验条件,分别针对热薄型和热厚型两种纤维素样品的热裂解构建了数学模型。热薄型纤维素样品的热裂解受外部热量和样品量共同影响,话性纤维素的最大转化率在90-94%之间变化,并且存在时间非常短暂。在6.5×106W·m-2的辐射热流下,热厚型纤维素样品的热裂解反应从表层开始逐层进行。表层纤维素和活性纤维素的温度分别在736 K和918 K达到稳定。活性纤维素在一定时间内稳定存在,且产量恒定。模型与试验结果吻合良好。 针对生物质的另一重要组分—木质素,在尽量不改变其结构的前提下,采用Bjorkman法从水曲柳和樟子松中提取磨木木质素(MWL)。水曲柳MWL中的芳香环来源于愈创木基和紫丁香基两种结构单元,显示出典型的阔叶木木质素的特征;而樟子松MWL中的芳香环全部来自于愈创木基单元。水曲柳MWL的甲氧基含量远远高于樟子松MWL。在热重-红外联用分析仪上对比分析了两种磨木木质素的热裂解行为,发现其存在明显的差异,并得出各种主要产物的生成机理。在小型机理试验装置上对不同种磨木木质素开展了快速热裂解试验。水曲柳MWL热裂解获得了较高的生物油产量,而樟子松MWL热裂解的焦炭产量较高。生物油中醇类的产量可以用于大致地估计木质素的甲氧基含量,愈创木酚和紫丁香酚的含量可以用于判断木质素的种类。 通过对三大组分的不同配比得到15种合成生物质样品,比较它们TG/DTG的试验和计算结果,发现组分之间的相互影响不可忽略。根据生物质的组分分析数据,选取典型的组分份额配比合成生物质,并在小型机理试验装置上开展快速热裂解试验。组分之间的相互影响使得生物油的产量降低,而气体和焦炭产量增加。纤维素和半纤维素抑制了木质素热裂解烃类气体的生成。半纤维素强烈地促进了纤维素热裂解过程中2,5-二乙氧基四氢呋喃的生成,并抑制了左旋葡聚糖的生成;纤维素对于半纤维素热裂解过程中乙酸和糠醛的生成有促进作用,而木质素强烈地抑制了它们的生成;纤维素或半纤维素的存在强烈地促进了木质素热裂解过程中酚类物质的生成。在天然生物质中,由于组分之间紧密的结构,这些影响更为强烈。相比于天然生物质,合成生物质热裂解的生物油产量较低,且成分含量具有较大差异。在采用分离的组分预测实际生物质热裂解的产物分布,尤其是生物油成分的含量时,仍需将组分之间的相互影响考虑在内。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK6

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐强;于凤文;吕红云;计建炳;;金属离子对生物质热裂解的影响[J];化工进展;2010年S1期
2 林琳;;中国生物质能产业可持续发展经济学分析[J];鄱阳湖学刊;2010年06期
3 丁启朔;生物质能转化技术的发展趋势[J];农村能源;1998年05期
4 宋永利,杨丽华;工业锅炉生物质燃烧技术[J];节能技术;2003年03期
5 匡廷云 ,白克智 ,卢从明 ,李淑芹 ,董凤琴;生物质能源技术前瞻[J];太阳能;2004年04期
6 李新禹,苏文;生物质能用于热电冷三联供系统的可行性探讨[J];节能与环保;2005年09期
7 谭文雄;周玉申;马延军;;生产性粉尘的生物质能特性与环境影响分析[J];木材加工机械;2005年06期
8 姚向丽;肖波;邹先梅;;新型生物质粉体燃料破碎系统[J];中国环保产业;2006年10期
9 管数园;李艳红;;生物质能的转化和利用技术研究[J];能源研究与利用;2007年05期
10 寇建平;田宜水;张玉华;;美国生物质能的发展状况及对我国的启示[J];可再生能源;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王贤华;陈汉平;邵敬爱;杨国来;张世红;刘德昌;;国外生物质能发展战略对我国的启示[A];2004年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2004年
2 张建社;郭庆杰;;流化床生物质CO_2催化气化模拟分析[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
3 周斌;雷建国;魏然;;生物质(秸秆)成型燃料制备技术应用与市场需求展望[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
4 田原宇;梁鹏;盖希坤;乔英云;;自混合下行循环流化床生物质快速热解制燃料油[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
5 王玉琪;;生物质炉具:市场前景看好,更需政府支持[A];2009第三届中国民用炉具研讨会暨产品展示会、2009生物质成型燃料加工设备及技术交流会会刊[C];2009年
6 孙凤莲;王雅鹏;;可持续发展理论对生物质能源开发利用的影响研究[A];技术创新与现代农业发展[C];2009年
7 王革华;;生物质能在能源系统和农村经济中的作用及发展战略[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
8 王述洋;李东升;;生物质能的开发利用与我国西部的大开发和可持续发展[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
9 杨平原;张勍;;能源节约与开发[A];2004全国能源与热工学术年会论文集(2)[C];2004年
10 罗永浩;苏毅;;在产学研结合中推进生物质能发展[A];2008中国生物质能源技术路线标准体系建设论坛论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王占奇;生物质能开发利用工程将在我区启动[N];锡林郭勒日报;2006年
2 记者王小胜、常云亮;印尼采用我市农民王有权发明的新技术开发生物质能[N];唐山劳动日报;2010年
3 中科院广州能源研究所生物质能中心主任 李海滨;生物质能发展要洗好切入点[N];中国化工报;2007年
4 姚润丰;农业生物质能产业发展规划出台[N];中国证券报;2007年
5 本报记者 陈磊;肖明松:为生物质能奔走呼号[N];科技日报;2007年
6 本报记者 陈瑜;发展可再生能源,不要轻视了生物质能[N];科技日报;2009年
7 记者 顾定槐;生物质能和炼制油技术成热点[N];中国化工报;2005年
8 雷奔;生物质能前景诱人[N];中国矿业报;2002年
9 孟祥宾;济锅打造生物质能“锅炉航母”[N];中国工业报;2007年
10 本报记者  孙雷;财税规划:支持生物质能发展“路线图”[N];21世纪经济报道;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘倩;基于组分的生物质热裂解机理研究[D];浙江大学;2009年
2 谭洪;生物质热裂解机理试验研究[D];浙江大学;2005年
3 黄浩;湿生物质定向气化制取高浓度氢气的实验研究及理论分析[D];上海交通大学;2010年
4 尚琳琳;生物质流化床燃烧粘结特性及控制研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
5 郭秀娟;生物质选择性热裂解机理研究[D];浙江大学;2011年
6 王志红;神华不粘煤和胜利褐煤与生物质共液化反应研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
7 孟凡彬;生物质合成气的组分调控技术及深度净化[D];沈阳农业大学;2012年
8 闫文刚;生物质常温开模致密成型研究[D];北京林业大学;2011年
9 刘军利;木质纤维类生物质定向热解行为研究[D];中国林业科学研究院;2011年
10 闫桂焕;下吸式固定床农林类生物质低焦油气化过程试验研究与数值计算[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牛振华;HPB-V型生物质成型机的改进与试验分析[D];河南农业大学;2010年
2 朱孔远;生物质与煤共热解实验研究[D];河南理工大学;2010年
3 贺鹏;热解温度对生物质焦油裂解率影响的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 段宇;生物质料物理压缩成型参数优化研究[D];华北电力大学(河北);2010年
5 何继龙;生物质块状燃料成型机的研究设计[D];南京林业大学;2010年
6 刘威;生物质能开发利用设计与环境效应的研究[D];东北师范大学;2002年
7 刘俊伟;生物质能资源化利用系统的初始条件及生物周期评价的研究[D];北京化工大学;2010年
8 刘超;基于ANSYS的生物质成型流变规律及进料螺杆模态特性研究[D];山东大学;2010年
9 朱向伟;落下床中煤与生物质快速共热解研究[D];大连理工大学;2010年
10 俞宏德;生物质电厂燃料供应系统的模拟与优化[D];浙江大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026