生物质无机成分在超临界水中溶出性研究

摘要

生物质中含有多种无机成分，它们在超临界水中的溶出性质不同。在超临界水气化制氢中，溶于水的无机成分将通过均相反应对有机质的分解产生影响，而未溶出的无机成分则将通过非均相反应对有机质分解产生影响，未溶出的无机成分还会引发管道堵塞和换热面结垢等安全性问题。因此，掌握生物质中无机成分在超临界水中的溶出规律以及对生物质气化制氢过程的影响对该技术的工业应用具有重要指导意义。本文以玉米芯和稻壳为对象，研究了生物质中无机成分在超临界水中的溶出性规律以及无机成分对生物质气化制氢过程的影响，同时还对超临界气化制氢过程的关键操作参数进行了优化研究。相关内容和结果如下:
　　 采用X射线荧光光谱仪对玉米芯和稻壳两种生物质中的灰成分进行了分析，结果显示K、P、Si、Ca、Na和Mg等元素在生物质中的含量较高，而Fe、Al和Ti等元素的含量则相对较少。
　　 通过水洗方式对两种生物质中无机成分在水中的溶出性进行了研究。结果表明，K、Na和P溶出性较大，而Si、Ca、Mg和Fe则溶出性较小;各元素溶出的相对量与生物质种类有关。
　　 采用间歇式高压反应釜对玉米芯和稻壳进行了气化实验，研究了反应温度、反应压力、停留时间以及生物质初始浓度等对气化中气体产物和无机成分溶出性的影响。结果表明，稻壳的气化效果优于玉米芯;气体主要由H2、CH4、CO2和CO组成，其中一半左右为CO2。生物质超临界气化反应后K、Ca、Mg、Fe、Si和P等的溶出性降低，而Na的溶出性增加。两种生物质中的K、Mg和Si的溶出性均随温度和压力的升高而增加，但随着停留时间和和初始浓度的增加而降低;与K、Mg和Si不同的是，Na和Fe的溶出性则呈现相反的变化规律。Ca和P的溶出性规律则与生物质种类有关，对玉米芯中，Ca和P的溶出性随反应温度、反应压力、停留时间以及初始浓度的增加而降低，而对稻壳中，Ca和P则呈现相反的溶出性规律。
　　 以生物质中最常见的K和Ca(选择KCl、KOH、CaCl2和Ca(OH)2四种化合物为代表）为检测对象，研究了通入CO2对超临界水中K和Ca溶出性的影响及规律。结果表明，未通CO2时，KCl、KOH和Ca(OH)2的溶出性随反应温度升高、反应压力的降低以及停留时间的增加而降低。反应压力与停留时间对CaCl2的影响规律与其他三种化合物相同，但溶出性随温度的升高而升高。通入过量的CO2时，相同实验条件下，KOH和Ca(OH)2的溶出性均有不同程度的降低。随着反应温度的增加，KOH和Ca(OH)2的溶出性均减小。随着反应压力的升高，KOH的溶出性增加，而Ca(OH)2的溶出性减小。随着停留时间的增加，KOH的溶出性减小，而Ca(OH)2的溶出性则增大。影响溶出性的机理被讨论。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及研究现状

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究现状

1．2 课题的提出和研究内容

1．2．1 课题的提出

1．2．2 研究内容

1．3 本章小结

第二章 生物质中主要无机元素常规条件下溶出性

2．1 生物质基本特性的测定

2．2 生物质中无机元素含量的测定

2．2．1 测量方法与测量仪器

2．2．2 测量结果分析

2．3 常规条件下无机元素溶出特性

2．3．1 实验步骤与测量仪器

2．3．2 测量结果分析

2．4 本章小结

第三章 生物质主要无机元素在超临界条件下的溶出性

3．1 实验样品和装置

3．2 实验方法与内容

3．2．1 实验方法

3．2．2 实验内容

3．3 实验测量仪器

3．4 实验结果和讨论

3．4．1 气化制氢的效果

3．4．2 生物质主要无机元素在超临界水气化制氢后的溶出性

3．4．3 反应条件对生物质主要无机元素溶出性的影响

3．5 本章小结

第四章 无机模型化合物在超临界水中的溶解特性

4．1 无机溶质在超临界水中的溶出性质

4．1．1 超临界水的性质对无机成分溶解性的影响

4．1．2 无机成分自身性质对无机成分溶解性的影响

4．2 实验装置

4．3 实验内容和测量仪器

4．3．1 实验内容

4．3．2 测量仪器

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 温度的影响

4．4．2 压力的影响

4．4．3 停留时间的影响

4．4．4 CO2气体的影响

4．5 本章小结

第五章 全文总结

致谢

参考文献

作者在硕士期间发表的论文