木质类生物质催化热解动力学研究

论文摘要

本文采用非等温热重分析法,对松树、杨树、椴树和白桦等四种木质类生物质的热解特性进行了系统研究。考察了氮气气氛下升温速率、催化剂以及与煤共热解对生物质热解过程的影响。生物质的热解过程经历水分析出,挥发份析出和炭化三个阶段。挥发份析出是生物质热解的主要过程,通常在200400℃之间进行。选用Coats-Redfern法对实验数据进行反应动力学研究表明,生物质的热解反应为一级反应。随着生物质热解过程的升温速率（10、20、40和60℃/min）逐渐提高,热解峰值温度提高3440℃,最大失重速率呈线性增大,活化能增大4.146.86 kJ/mol。Na2CO3和K2CO3催化生物质热解实验结果表明,当催化剂的加入量从0增加到10%时,生物质的热解峰值温度降低52.269.8℃,活化能下降3.87kJ/mol,最大失重速率增大了16.825.6%。生物质与二种煤（烟煤与褐煤）混合共热解实验结果表明,在生物质与烟煤进行共热解的反应中,没有出现协同作用,热解结果只是生物质与烟煤各自热解过程的简单叠加;在生物质与褐煤进行共热解的反应中,有协同作用发生,生物质与褐煤各自单独的热解峰消失,在生物质与褐煤的热解峰值温度之间出现了一个新的热解峰。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪 论
• 1.1 生物质分类及其组成结构
• 1.1.1 生物质分类
• 1.1.2 生物质的化学组成和结构
• 1.2 生物质热解概念及机理
• 1.2.1 生物质热解的概念
• 1.2.2 生物质热解的机理
• 1.3 生物质热解研究
• 1.3.1 热解温度
• 1.3.2 原料特性
• 1.3.3 催化剂
• 1.3.4 热解压力
• 1.3.5 升温速率
• 1.3.6 其它条件
• 1.4 生物质与煤混合共热解
• 1.5 本论文的实验设计
• 第2章 实验材料和研究方法
• 2.1 实验试剂及常用设备
• 2.1.1 实验所用化学试剂
• 2.1.2 常用仪器与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 热失重分析（TG）
• 2.2.2 工业分析（proximate analysis）
• 2.2.3 元素分析（ultimate analysis）
• 2.2.4 组成分析
• 2.2.5 动力学模型
• 2.3 实验材料的元素分析与工业分析结果
• 第3章 四种木质类生物质热解研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验条件
• 3.3 四种木质类生物质热解过程的热失重分析
• 3.4 热分解反应动力学结果
• 3.4.1 升温速率对热解活化能的影响
• 3.4.2 活化能E 与指前因子A 的关系
• 3.4.3 升温速率对最大失重速率的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 木质类生物质催化热解研究
• 4.1 引言
• 4.2 催化剂和生物质原料的制备
• 4.3 动力学计算结果
• 4.4 生物质催化热解结果
• 4.4.1 生物质催化热解的TG 和DTG 曲线分析
• 4.4.2 催化剂对生物质热解活化能的影响
• 4.4.3 催化剂对生物质热解温度的影响
• 4.4.4 催化剂对生物质失重速率的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 木质类生物质与煤混合共热解研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验煤样与生物质样的制备
• 5.3 动力学计算结果
• 5.4 生物质与煤混合共热解结果
• 5.4.1 生物质与煤单独热解的TG 和DTG 曲线
• 5.4.2 生物质与煤混合共热解的TG 和DTG 曲线
• 5.4.3 生物质与不同煤混合共热解结果存在差异的原因
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文