生物质焦油的热裂解特性研究

论文摘要

随着能源短缺、环境污染问题越来越严重,寻求新的可再生的清洁能源成为当前紧迫的研究课题。在这样的背景之下,生物质能的研究与利用受到各国学者的广泛关注,其中生物质热化学转化技术是实现生物质能量转化最快捷有效的途径,然而生物质在热化学转化过程中所产生的焦油处理问题一直是制约该技术发展的主要瓶颈。本文对生物质焦油的热裂解特性进行了研究,主要研究内容和成果如下:生物质热解实验选用锯末为原料,从原料的元素分析和工业分析看出锯末中主要元素为C和O,有少量的H和N;锯末的挥发分含量较高,固定碳的含量相对较低,而水分和灰分的含量相对更低。研究了反应温度对焦油产量和化学成分的影响规律,研究结果表明热解温度为500℃时,生物质热解产生的焦油量最大,温度过高或过低都有利于焦油的减少。焦油中碳氢化合物的成分主要是芳香烃和少量的脂肪烃,含氧化合物主要是苯酚及其烷基衍生物,含氮化合物主要是吡啶、吡咯及其烷基衍生物等杂环化合物。采用锯末在热解温度为500℃,氮气流速为100 mL/min,固相停留时间为10 min条件下快速热解得到的焦油为原料,在氮气气氛下和氧气气氛下对焦油的热解特性和燃烧特性进行了分析讨论。结果显示生物质焦油的热解特性表现为一个总的宽峰,前半部分失重较快,后半部分失重较慢,热解过程总体可分为两部分;生物质焦油的燃烧特性表现出两个峰,第一个峰较宽,第二个峰较尖,燃烧过程可分为三部分。通过对焦油的热解机制分析可以发现焦油热解30 s和2 min后剩余物中主要为酚类物质,另有少量脂肪烃类物质,而反应2 min后大部分物质已参与反应。为了更进一步了解焦油的裂解特性,分别在氮气、水蒸气、二氧化碳三种气氛下研究了固相停留时间、载气流量和反应温度对焦油的裂解特性影响。通过比较在三种气氛条件下的焦油裂解反应发现,温度的上升和水蒸汽的加入明显促进了焦油的裂解,而二氧化碳浓度过高则对生物质焦油的裂解产生了较为明显的抑制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文研究背景、目的与意义
• 1.3 生物质焦油的国内外研究进展
• 1.4 本文研究内容与创新
• 2 生物质热解焦油的形成过程研究
• 2.1 实验装置和方法
• 2.2 原料的元素分析与工业分析
• 2.3 温度对生物质热解焦油产量的影响
• 2.4 温度对生物质热解焦油化学成分的影响
• 2.5 本章小结
• 3 焦油热解动力学特性及其热解机制分析
• 3.1 实验装置和方法
• 3.2 生物质焦油的元素分析
• 3.3 焦油的热解和燃烧特性分析
• 3.4 升温速率对焦油热解特性的影响
• 3.5 焦油热解反应的动力学分析
• 3.6 焦油热解机制分析
• 3.7 本章小结
• 4 不同气氛下生物质焦油的热裂解研究
• 4.1 实验装置和方法
• 4.2 焦油在氮气气氛下的裂解
• 4.3 焦油在水蒸气气氛下的裂解
• 4.4 焦油在二氧化碳气氛下的裂解
• 4.5 不同气氛下焦油裂解特性的比较
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表的论文目录