生物质外热法气-炭联产的实验研究

摘要

生物质能是可再生能源组成部分。生物质能的开发利用为能源和生态问题的解决提供了一条新的思路。然而，生物质采用空气气化利用过程中可燃气成份低，大部分被氮气所稀释，焦油含量高，严重阻碍了它的大规模利用，如何解决目前利用过程中存在的问题是生物质能大规模利用的关键，本文采用外热法对生物质气-炭联产进行了实验研究以期解决上述存在的问题，具体开展了如下几方面的实验研究:
　　(1)对五种不同的生物质采用间歇法在不同温度下产炭率和产气的量进行研究，考查了不同温度对对产炭、产气的影响，得到了较好的操作条件。实验结果显示:当温度为500℃～600℃时，可以得到较大的固体炭产率，为35％-25％，同时，反应时间最合适，也可以得到较大的气态产物浓度。且对热解炭进行红外分析，当热解温度升至400℃时，C=O的IR吸收峰（1720cm-1附近）消失，而C-H键（烯烃）的IR吸收在热解温度达到500℃以上时降为零，热解温度为600℃时，C-O(1250cm-1～1000cm-1)的IR吸收比生物质原料有很大增加。对五种生物质进行XRD扫描，在五种生物质中，除黄姜外，剩下四种生物质热解后所得的炭均为不定形碳。
　　(2)在小型固定床生物质热解反应器上进行生物质连续式进料热解的实验研究，考察不同生物质种类在不同温度下对其热解产物的影响。实验结果表明:在温度500℃，600℃，650℃和700℃下，随着温度的升高，木粉热解产生的CH4含量由2.75％增加到28.3％，CO含量由4.46％增加到21.72％，H2含量由0增加12.67％，CO2含量先由16.66％增加到17％，再下降到15.33％。谷壳热解产生的CH4由30.2％增加到77.26％，CO含量由28.83％增加到50％，H2含量由0增加到15.12％，CO2含量先由14.33％增加到17.33％，再下降到12％。黄姜热解产生的CO含量由12.48％增加到39.18％，H2含量由0增加12.67％，CO2含量由12％下降到8.33％。生物质热解产生的焦油随着温度的升高，组分中芳构化程度增大，含氧化合物逐渐减少。热解产生的炭组分随着温度的升高，无明显变化，对于炭的形貌上有一定变化。在同一温度700℃下，不同的生物质（木粉、花生壳、核桃壳、黄姜和谷壳）热解产生的焦油组分和炭的组成和形貌均有不同。
　　(3)采用催化热解的方法除去过程中产生的焦油，热解木块获得芳烃化合物。制取芳烃化合物可以采用催化裂解，实验发现催化剂的加入对液体产物具有良好的脱氧效果，能提高气体产物的含量，在无催化剂条件下获得的主要是含氧化合物，而催化剂加入后主要获得芳烃化合物，尤其是Methylbenzene（甲苯）有了明显的增长。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物质能的开发意义

1．2 生物质能的开发现状

1．3 生物质热解的研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 热解机理和过程

1．4．1 热解原理

1．4．2 热解反应基本过程

1．5 本论文的选题思想和主要内容

第二章 使用半连续热解螺旋反应器对生物质进行热解的实验研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 热解生物质的实验设备及操作过程

2．3 实验结果与分析

2．3．1 生物质热解制炭的分析

2．3．2 生物质热解制气的分析

2．3．3 温度对反应时间的影响

2．4 固体产物的表征

2．4．1 生物质热解炭的电镜分析

2．4．2 固体产物的结构特性

2．4．3 固体产物的定性(XRD)

2．5 本章小结

第三章 使用连续热解反应器对生物质进行热解的实验研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验装置

3．2．2 实验物料

3．2．3 实验过程

3．2．4 实验分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同温度下生物质的热解

3．3．2 同一温度下不同种类生物质的热解

3．4 本章小结

第四章 生物质催化热解的实验研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 催化剂和实验物料的制备

4．2．2 实验分组情况

4．2．3 生物质热解实验装置及操作流程

4．2．4 实验分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同催化剂对气化产率的影响

4．3．2 不同催化剂对焦油组分的影响

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢