收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

生物质催化热解炭化的试验研究与机理分析

宋成芳  
【摘要】:随着生物质固体废弃物量的增多,土壤污染和退化问题的日益严峻,合理开发和利用生物质资源,研发新型有效的土壤修复剂已成为当前紧迫的研究课题。生物质炭对增加土壤碳库贮量、提高土壤肥力以及维持土壤生态系统平衡意义重大,日益受到全世界的关注。热转化技术是实现生物质利用的最有效途径,催化热解被认为是改变生物质热解条件和热解产物分布与性质的最有效方法。本文对生物质(水稻秸秆和竹废料)的催化热解炭化试验和机理展开了系统的研究,主要研究内容及成果如下: 1、对生物质原料的理化性质进行了分析,结果显示:竹废料有相对较高的纤维素和木质素含量,水稻秸秆则含有更多的半纤维素;工业分析显示竹废料的挥发份含量约为86%,水稻秸秆的灰分含量较大为15%;两种原料中的N、S的含量均是微量的。 2、以生物质三种组分为原料进行热重试验,考察了七种添加剂(KOH、TiO2、 CuCl、CaCl2、FeCl2、KCl和NaCl)和升温速率对热解特性的影响,并求取了热解动力学参数。结果显示:半纤维素的热解起始温度最低,纤维素的最大热解速率最高:KOH可显著增大纤维素和木质素热解固体产物的得率;CuCl主要是可降低木聚糖热解温度,增大木聚糖热解速率;CaCl2可降低木聚糖和木质素热解温度,而FeC12可降低聚糖热解温度。随热解升温速率的增大,热解曲线逐渐向高温区移动,失重速率增大。 3、以水稻秸秆和竹废料为原料进行热重试验,考察了KOH、TiO2和加热速率的影响,并求取了热解动力学参数,同时采用TG-FTIR分析了两种原料热解过程中挥发性产物的析出特性。结果显示:竹废料热解的起始温度较低,热解速率较快;水稻秸秆热解的固体得率大,而竹废料热解的气液得率高。竹废料热解反应的表观活化能在172.04-233.48KJ/mol之间,水稻秸秆热解反应的表观活化能在152.05-233.46KJ/mol之间。KOH可改变生物质热重曲线,TiO2对失重曲线的影响不明显;两种生物质热解的挥发性产物主要为CO2、H2O、CO、CH4、烷烃和脂类、C-O-C化合物和醛以及有机酸,竹废料的挥发性产物量较大。 4、以水稻秸秆和竹废料为原料,在自制的热解反应器上进行热解炭化试验,结果显示:竹生物质炭的得率在28-35%之间,水稻秸秆炭的得率在41-52%之间,常规热解法较适宜于生物质热解制炭;随着热解温度的升高,炭得率逐渐减小;添加Ti02可略增大生物质炭的得率;而KOH的添加量较低时,可促进炭的得率,当添加剂的量大于30%的生物质量后,生物质炭得率反而下降,低温热解添加剂对炭的得率影响较大;两种添加剂均抑制液态产物的生成,但KOH能提高竹废料热解气的得率。 5、采用仪器或化学的方法,分析了生物质炭的理化性质,得到如下结论:随着热解温度的升高,生物质炭中碳元素含量增大,而氢和氧元素含量降低,而且竹生物质炭的碳元素含量远远高于水稻秸秆炭的;生物质炭均含有多种矿物质元素,水稻秸秆炭中矿物质元素含量均较高;两种生物质炭均显示出碱性,随热解温度的升高,碱性增强,Ti02可降低生物质炭的pH值,而KOH则相反;生物质炭表面含有多种官能团,包括O-H、C-O、芳香环的C=C等,随热解温度升高炭中的脂肪族官能团消失,而芳香族官能团增大,当添加KOH后炭中出现了无机的碳酸根官能团;水稻秸秆炭的表面疏松多孔,温度越高,生物质炭的表面越疏松,孔也越明显,Ti02可促进炭表面的裂解程度;Ti02在生物质热解前后晶型不变,而添加KOH的生物质炭中含有无机和有机钾盐,因此KOH与生物质热解产物发生了化学反应,同时K具有催化作用。可见KOH催化生物质热解可得到一种富钾生物质炭土壤修复剂材料,而Ti02与生物质热解可得到一种含光催化剂的生物质炭基环保材料。 6、生物质热解气中有4种主要成分,H2、CO、CH4和C02,在低温热解时CO2的含量最高;热解温度升高,CH4的含量明显增大,可燃性气体含量增大;添加KOH可显著提高H2的得率,可进一步处理获得H2,因此热解气的品质得到了提高。 7、水稻秸秆生物油的化学组成主要由酮类、酚类和烷烃类、糠醛、糠醇和脂构成;竹生物油的主要组成是酚类化合物,还有酮类和烷类化合物,以及少量的醇、酸和脂类物质。两种添加剂都提高了生物油中酚类物质的相对含量。 利用本文提出的思路,即选择合适的添加剂及添加量和生物质原来共热解可以获得不同类型的生物质炭复合材料,同时热解条件和副产物的成分也可以得到显著改善。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 曹新新;沈伯雄;;棉秆催化热解的热重分析[J];南开大学学报(自然科学版);2009年05期
2 张秋明;;美国未来的可再生资源[J];国土资源情报;2005年10期
3 赵辉;闫华晓;刘明;张萌萌;田原宇;秦松;;Al_2O_3催化剂对海洋生物质热解特性的影响[J];中国生物工程杂志;2010年08期
4 王富丽;黄世勇;宋清滨;黄志民;黎贞崇;;生物质快速热解液化技术的研究进展[J];广西科学院学报;2008年03期
5 肖军,段菁春,王华,庄新国;生物质利用现状[J];安全与环境工程;2003年01期
6 郭定和,范湘军;催化热解C_2H_2制备螺旋形碳晶须[J];武汉大学学报(理学版);2004年05期
7 武荣成,曲久辉,余运波,贺泓;缺氧及富氧条件下CuFe_2O_4催化热解酸性红B的原位FTIR反射光谱研究[J];光谱学与光谱分析;2005年02期
8 孙保民;丁兆勇;许秉浩;;五羰基铁催化热解合成碳纳米管[J];人工晶体学报;2010年04期
9 刘小娟;于凤文;聂勇;罗瑶;计建炳;;ZSM-5(38)/Al-MCM-41复合分子筛对纤维素催化热解的影响[J];生物工程学报;2011年03期
10 杨少明,陈秀琴,元岛栖二;高温热解法制备碳螺线管的扫描电子显微镜研究[J];电子显微学报;2002年01期
11 许博;王昶;郝庆兰;贾青竹;李桂菊;王瑶;;棉花秸秆催化热解特性及动力学的研究[J];生物加工过程;2009年03期
12 武荣成,曲久辉,贺泓,余运波;CuO-Fe_2O_3吸附水中酸性红B及其催化热解再生机制[J];科学通报;2003年16期
13 王昶;刘康;李桂菊;贾青竹;郝庆兰;;操作条件对生物质催化热解产轻质芳烃的影响[J];生物加工过程;2007年04期
14 ;日本森林资源的持续利用[J];世界林业研究;1997年02期
15 孙娟;易维明:致力于生物质裂解液化技术的研究[J];科学中国人;2004年11期
16 王莹;;中小型热电联产项目采用生物质能可行性研究[J];河南科技;2010年14期
17 孙建中;陈春润;;昆虫与生物质能源利用:一个新的交叉学科前沿[J];昆虫知识;2010年06期
18 刘青山;吴玉龙;赵刚;吕宏燕;;生物质能源研究与大型分析仪器的配置[J];实验技术与管理;2006年10期
19 杨巧利;刘一真;张瑞芹;;GC-MS分析生物质热解油的研究[J];郑州大学学报(理学版);2007年03期
20 陈雷;张晓东;赵保峰;伊晓路;孟光范;孙立;;生物质焦油模化物蒸汽重整实验研究[J];山东科学;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄光群;韩鲁佳;杨增玲;刘贤;陈龙健;肖卫华;;农业生物质基础特性分析方法研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 孙自铎;;生物质开发的前景、约束因素与对策[A];中国社会科学院第三届中国经济论坛论文集(下)[C];2007年
3 刘勇;王连勇;杜涛;;我国生物质的回收与利用[A];2010全国能源与热工学术年会论文集[C];2010年
4 杨晓辉;;沈阳地区生物质燃料的开发和利用[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
5 赵军;王述洋;;我国农林生物质资源分布与利用潜力的研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
6 柴松海;王昊鹏;徐柏庆;;Nb_2O_5催化剂上丙三醇的气相脱水反应研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
7 柴松海;王昊鹏;梁瑜;徐柏庆;;固体酸碱催化剂上多元醇气相脱水反应的研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
8 翟帆;刘汉儒;史云娣;刘赞;王军;;污染零排放与生物质利用[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第三卷)[C];2009年
9 胡冠;徐绍平;杜楹楠;刘淑琴;;La助剂对橄榄石负载Ni催化剂的苯水蒸汽转化性能的影响[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2004年
10 刘静;周晓东;邓代举;王柳;蔡伊莎;胡常伟;;聚苯乙烯热解和催化热解研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋成芳;生物质催化热解炭化的试验研究与机理分析[D];浙江工业大学;2013年
2 丁兆军;生物质制氢技术综合评价研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
3 韩龙;以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的机理与试验研究[D];浙江大学;2011年
4 赵辉;大型海藻生物质热解动力学及热解液化工艺研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2012年
5 尤占平;生物质炭催化重整热解焦油技术研究[D];天津大学;2010年
6 鄢丰;生物质快速热解及其半焦水蒸气气化研究[D];华中科技大学;2010年
7 付敏;木质生物质粉碎及规模化制粉机械设计及理论研究[D];东北林业大学;2010年
8 成功;生物质催化气化定向制备合成气过程与机理研究[D];华中科技大学;2012年
9 王学斌;生物质燃烧及其还原氮氧化物的机理研究及应用[D];西安交通大学;2011年
10 易其国;生物质微米燃料高温燃烧实验及动力学模型研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 方曹明;生物质催化热解特性研究[D];上海交通大学;2010年
2 王瑶;生物质催化热解制取富氢气体的研究[D];天津科技大学;2010年
3 李丹;生物质催化热解二次气相反应的研究[D];天津科技大学;2011年
4 高晓凤;固体热载体与生物质粉及其热解半焦之间的传热特性研究[D];山东理工大学;2012年
5 王贵军;用于混合气化的生物质烘焙预处理的实验研究[D];上海交通大学;2010年
6 刘丽媛;生物质成型工艺及其燃烧性能试验研究与分析[D];山东大学;2012年
7 树童;生物质焦改性及其对烟气中汞吸附特性的实验研究[D];南京师范大学;2012年
8 崔喜彬;下降管式生物质快速热解挥发率规律试验研究[D];山东理工大学;2011年
9 黄玲;生物质在下降管内快速热解挥发特性的模型研究[D];山东理工大学;2011年
10 张倩;旋转刮刀式生物质喂料器的试验研究[D];山东理工大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 仲科;生物质合成二甲醚示范装置验收[N];中国化工报;2011年
2 李荣刚;感受日本生物质产业[N];农民日报;2007年
3 金叔文;全球生物质利用技术开发活跃[N];中国化工报;2006年
4 记者 刘鑫;立体清洁能源为农家节能省钱[N];绵阳日报;2010年
5 记者  瞿剑;麻业生物质利用将获多重收益[N];科技日报;2006年
6 郑现莉;河洛炉业:生物质炉具如何商用化[N];中国经济时报;2011年
7 段新芳吕建雄;生物质材料产业发展任重道远[N];中国绿色时报;2008年
8 王文新;专家为生物质能技术发展开方[N];中国化工报;2007年
9 张军陈伟;荷兰制定可持续生物质能标准[N];中国质量报;2007年
10 牛顺生;国家电网加大生物质发电业务[N];北京商报;2007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
  • 010-62982499
  • 010-62783978