生物质热解挥发特性的比较研究

论文摘要

生物质能开发利用是当前国内外广泛关注的重大课题,既涉及农业和农村经济,又关系到能源安全。大力开发利用生物质能,既是我国开拓新能源途径,缓解能源供需矛盾的战略措施,也是解决“三农”问题,保证社会经济持续发展的重要任务。随着国际社会对温室气体减排联合行动付之实施,大力开发生物质能源,对于改善我国以化石燃料为主的能源结构,特别是为农村地区因地制宜地提供清洁方便能源,具有十分重要的意义。本文首先阐述了发展生物质能源的重要意义,介绍了国内外生物质能源转换和利用技术的研究现状,并重点介绍了生物质能和生物质能资源的概念和特点,从宏观和微观两个方面论述了开发生物质能资源和生物质能利用技术的必要性和现实意义,得出了本文的研究方向、主要内容以及指导意义,说明了具体的研究思路和研究方法。本文在查阅了大量文献资料的基础上,主要采用两种方法在不同设备和工作条件下进行实验研究,分别从慢速热解和快速热解两个方面研究生物质的热解挥发特性和反应机理,并对两者进行比较。本研究利用WCT-1C型差热分析仪对玉米秸、花生壳和棉花秆等三种生物质颗粒进行了不同升温速率下的慢速热解实验,得到了它们在不同升温速率下热解挥发百分比和失重速率与时间的关系曲线。由曲线可知,在5℃/min、10℃/min、15℃/min和20℃/min四种升温速率下,玉米秸、花生壳和棉花秆三种生物质的最大挥发百分比分别接近40%、50%和60%；最大失重速率的变化范围分别在8×10-3mg.min-1-20×10-3mg.min-1、8×10-3mg.min-1-30×10-3mg.min-1和8×10-3mg.min-1-35×10-3mg.min-1之间；三种生物质在不同升温速率下达到最大挥发百分比的时间相同,大约分别为60min、35min、20min、15min。由此可知,在程序升温慢速热解条件下,生物质的热解反应主要受升温速率的影响。随着升温速率的提高,失重速率逐渐增大,达到最大挥发百分比的时间逐渐提前。本研究对原层流炉热解装置进行了有针对性的改造,延长了反应管的长度,对延长部分采用缠绕电阻丝的方法进行加热,以使反应管内温度尽可能的保持一致,并且增加了热电偶的数量,实现对整个反应管内温度的实时监控。同时,重新设计了喂料器,改善了喂料量和喂料均匀程度。在设备改进和参数优化的基础上,以玉米秸为原料进行了不同温度和不同收集距离条件下的快速热解实验,研究了玉米秸的快速热解挥发特性,测定在快速热解条件下玉米秸的最终挥发百分比是85%。本研究在以上两个实验的基础上,对生物质慢速热解与快速热解挥发特性和反应机理进行了比较,发现了两者的不同和联系。实验结果表明,在慢速热解条件下,生物质的热解反应主要受升温速率的影响,升温速率越高,失重速率就越大,达到最大挥发百分比的时间就越短；当加热速率提高到某一定数值之后,生物质的热解挥发百分比就会趋向于达到一个固定不变的值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 生物质能的能源地位
• 1.1.1 世界生物质能源的消费状况
• 1.1.2 我国生物质能源的消费状况
• 1.2 生物质和生物质能
• 1.2.1 基本概念
• 1.2.2 生物质能的分类
• 1.2.3 生物质能资源的特点
• 1.2.4 生物质的化学组成及其理化性质
• 1.3 生物质能利用技术简介
• 1.4 本文的研究背景、主要内容及意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题意义
• 1.4.3 研究内容及预期成果
• 本章小结
• 第二章 生物质热解挥发特性综述
• 2.1 生物质慢速热解动力学分析
• 2.1.1 热分析定义
• 2.1.2 热分析法研究动力学的特点
• 2.1.3 热分析技术分类
• 2.1.4 国外生物质慢速热解动力学研究综述
• 2.1.5 国内生物质慢速热解动力学研究综述
• 2.2 生物质快速热解动力学分析
• 2.2.1 快速热解动力学研究装置
• 2.2.2 国外生物质快速热解动力学模型综述
• 2.2.3 国内生物质快速热解动力学研究进展
• 本章小结
• 第三章 生物质慢速热解实验
• 3.1 热重分析基础理论
• 3.2 实验物料及其制备
• 3.2.1 物料种类
• 3.2.2 制取设备
• 3.2.3 制备步骤
• 3.2.4 物料特性
• 3.3 热重分析实验
• 3.3.1 仪器设备
• 3.3.2 实验参数
• 3.3.3 实验步骤
• 3.3.4 实验结果和分析
• 本章小结
• 第四章 生物质快速热解挥发百分比的测定
• 4.1 层流炉的工作原理
• 4.2 实验的理论依据
• 4.2.1 层流炉内气体层流流动的实现
• 4.2.2 颗粒升温速率的计算
• 4.2.3 颗粒热解挥发时间的计算
• 4.2.4 生物质原料灰分含量的测定
• 4.2.5 测定生物质挥发程度的灰分示踪法
• 4.3 实验装置
• 4.3.1 层流炉的总体结构及特点
• 4.3.2 实验装置的改进
• 4.4 生物质快速热解挥发特性实验
• 4.4.1 实验原料及其特性
• 4.4.2 实验参数
• 4.4.3 实验过程
• 4.4.4 实验结果及分析
• 本章小结
• 第五章 生物质慢速与快速热解的比较
• 本章小结
• 第六章 全文总结及下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 在读研究生期间发表的论文