农作物秸秆热裂解制取生物燃料的研究

【摘要】：生物质能源是一种环境友好的可再生能源。农作物秸秆是一类重要的生物质资源,其能源化利用具有重要意义。本文开展了利用农作物秸秆热裂解制取生物燃料的实验研究。 采用热重-红外(TG-FTIR)联用技术考察了原料种类、升温速率和原料预处理等因素对农作物秸秆热裂解特性及产物逸出的影响规律,并采用分布活化能模型(DAEM)计算了动力学参数。结果表明：小麦秸秆、棉花秸秆、高粱秸秆和玉米秸秆的热裂解过程和产物组成相似,采用DAEM计算出的四种秸秆热裂解过程的活化能E相差不大；提高升温速率有利于小麦秸秆挥发分的释放,定性分析所得主要产物CO2、CO和CH4等的最大浓度及其所对应的温度随升温速率的增加而升高,原料预处理对小麦秸秆产物的生成和E有着较大的影响。 在自制的反应装置上,考察了脱灰预处理对小麦秸秆热裂解产物产率及组成的影响；采用熔融的32wt%Li2CO3-33wt%Na2CO3-K2CO3作为生物质热裂解的催化剂、热载体和分散剂,考察了原料种类、热裂解温度、进料速率和载气流量(反映一次裂解产物的停留时间)对农作物秸秆热裂解过程的影响规律。结果表明：脱灰处理提高了小麦秸秆气体产物产率,降低了液体产物产率,水洗和碱洗可以促进H2的生成,酸洗有利于CH4的生成；热裂解条件影响熔盐作用下小麦秸秆的产物得率和组成分布,熔盐作用下四种秸秆热裂解得到的气体产物主要由H2、CO2和CH4组成,生物油的主要组分为各种含氧的化合物,对原料进行预处理在一定程度上可以提高生物油的品质。 研究为进一步深入地了解生物质的热裂解机理和制备理想的生物燃料提供一定的参考。 【关键词】：农作物秸秆 热裂解 生物燃料 熔盐 TG-FTIR
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 生物质能概述11-13
• 1.2.1 生物质能定义11
• 1.2.2 生物质能特征11-12
• 1.2.3 生物质能资源种类12-13
• 1.3 研究意义和研究内容13-16
• 第二章 文献综述16-30
• 2.1 生物质热裂解技术的研究进展16-20
• 2.1.1 热裂解温度的影响17
• 2.1.2 升温速率的影响17-18
• 2.1.3 气相停留时间的影响18
• 2.1.4 进料速率的影响18-19
• 2.1.5 添加剂的影响19-20
• 2.2 熔盐热裂解生物质的研究20-21
• 2.2.1 熔盐及熔盐应用介绍20
• 2.2.2 熔盐热裂解生物质的研究现状20-21
• 2.3 生物质热烈解动力学的研究进展21-24
• 2.3.1 动力学理论基础21-23
• 2.3.2 DAEM在生物质热裂解方面的应用23-24
• 2.4 基于热重-红外(TG-FTIR)联用技术生物质热裂解机理的研究进展24-30
• 2.4.1 TG-FTIR 联用技术24-25
• 2.4.2 生物质热裂解过程的影响因素25-30
• 第三章 基于TG-FTIR联用技术农作物秸秆热裂解规律的研究30-60
• 3.1 实验原料、仪器、药品及步骤30-32
• 3.1.1 实验原料30-31
• 3.1.2 实验仪器31
• 3.1.3 实验药品31
• 3.1.4 实验步骤31-32
• 3.2 实验结果与讨论32-42
• 3.2.1 原料种类对农作物秸秆热裂解的影响32-35
• 3.2.2 升温速率对小麦秸秆热裂解的影响35-36
• 3.2.3 预处理对小麦秸秆热裂解的影响36-42
• 3.3 农作物秸秆热裂解的动力学规律研究42-51
• 3.3.1 四种农作物秸秆的动力学分析42-45
• 3.3.2 预处理对小麦秸秆动力学的影响45-51
• 3.4 农作物秸秆热裂解产物的FTIR分析51-58
• 3.4.1 最大吸光度处热裂解产物的FTIR定性分析51-53
• 3.4.2 不同时间段小麦秸秆热裂解产物的生成特性53-54
• 3.4.3 升温速率对小麦秸秆热裂解产物逸出特性的影响54-56
• 3.4.4 预处理对小麦秸秆热裂解产物的影响56-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 农作物秸秆热裂解制取生物燃料的工艺研究60-80
• 4.1 实验方法60-62
• 4.1.1 实验装置60-61
• 4.1.2 实验过程61-62
• 4.2 热裂解产物的分析方法62-63
• 4.2.1 气体产物组分分析62-63
• 4.2.2 生物油组分分析63
• 4.3 脱灰预处理对小麦秸秆热裂解的影响63-64
• 4.4 主要实验参数对熔盐热裂解农作物秸秆产物产率的影响64-68
• 4.4.1 农作物秸秆种类的影响64-65
• 4.4.2 温度的影响65-66
• 4.4.3 进料速率的影响66-67
• 4.4.4 载气流量的影响67-68
• 4.5 气体产物和液体产物的分析68-78
• 4.5.1 农作物秸秆种类对气体产物组分含量的影响68-69
• 4.5.2 温度对气体产物组分含量的影响69-70
• 4.5.3 进料速率对气体产物组分含量的影响70
• 4.5.4 载气流量对气体产物组分含量的影响70-71
• 4.5.5 热裂解生物油的GC-MS分析71-78
• 4.6 本章小结78-80
• 第五章 结论与建议80-82
• 5.1 结论80-81
• 5.2 建议81-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文90

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