玉米秸秆热解及在甲醇中的热化学转化研究

【摘要】： 自20世纪以来,出于环境保护及应对石化资源危机的考虑,充分有效地利用可再生的生物质资源成为人们研究关注的热点。本文针对我国西北地区具有代表性的生物质资源-玉米秸秆热解反应的动力学进行了研究,考察了玉米秸秆在低温高压和高温常压下的热解特性及热解残炭的气化特性。采用甲醇溶剂,在超临界条件下、添加不同碱性催化剂的件下进行玉米秸秆的热化学转化研究,并考察了反应温度、液比及催化剂添加量对热化学转化产物收率的影响,研究结果表明: 1)玉米秸秆热解过程可分为三个阶段,预热脱水段(室温～150℃)、热解段(150℃～400℃)和残留物的缓慢分解段(400℃)。玉米秸秆快速热解失重过程主要发生在第二段,升温速率对玉米秸秆热解失重温度区间影响不大。 2)在不同的升温速率下,玉米秸秆热解过程中升温速率与最大失重速率对应的温度呈线性关系。考察玉米秸秆热解过程应在同一升温速率下进行以消除升温速率的影响。在消除升温速率影响下的玉米秸秆热解过程中最大失重速率对应的温度为309℃。因此研究玉米秸秆热解特性应在同一升温速率下进行。 3)以309℃左右为分界点,低于309℃为热解的低温区;大于309℃为热解高温区。低温区玉米秸秆热解反应级数为1,热解活化能为25KJ/mol左右;高温区玉米秸秆热解反应级数在2左右,活化能在16KJ/mol～25KJ/mol之间。 4)玉米秸秆在低温加压条件下热解时,不利于CO的生成,有利于H2,CH4,CO2的生成,将气体进行净化后可获得8860.64KJ/m3热值的清洁气体燃料。玉米秸秆在高温常压条件下热解时,随着温度的升高,其气体产品中的可燃组分增加,特别是H2的含量增加明显。 5)玉米秸秆热解(700℃)残留炭,在700℃～900℃的温度下水蒸气气化,热值可达9508.90 KJ/m3,气化气体中H2的含量可达55%,CO含量可达26%。高温残炭气化产生的气体中H/C约为2,在气化气中两者的有效含量可达80%。 6)反应温度、液比和催化剂用量都对玉米秸秆的液化反应产生影响。比较而言,温度是生物质液化反应的主要影响因素。 7)四种碱性物质CaO、K2CO3、Na2CO3和KOH对玉米秸秆热化学转化都有促进作用。以液体产物为目的产物,其催化能力为:KOHCaO K2CO3 Na2CO3;以原料的转化率基准,其催化能力为:K2CO3 KOH Na2CO3CaO。 8)以液体产物为目的产物时,甲醇体系中以四种碱性物质为催化剂时获取最大液体产率的最佳工艺条件是:液比为50/5、温度范围是280℃～290℃、CaO% 2.5%～5.0%、K2CO3%在5.0%～10.0%之间。 9)碱性催化剂能够有效地提高玉米秸秆热化学转化程度,但其催化能力与其碱性的强弱并无线性关系。 【关键词】：生物质 玉米秸秆 热化学转化 热重分析 热解 催化剂
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 符号说明11-12
• 第一章 文献综述12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 生物质的组成、性质及其能源特点12-16
• 1.2.1 纤维素12-14
• 1.2.2 半纤维素14-15
• 1.2.3 木质素15-16
• 1.2.4 生物质的能源特点16
• 1.3 生物质能源开发利用的意义16-18
• 1.4 生物质热解液化技术现状18-26
• 1.4.1 热解18-22
• 1.4.2 液化22-24
• 1.4.3 超临界技术在生物质液化的应用24-25
• 1.4.4 生物质与煤共液化25-26
• 1.5 本论文的研究目的和内容26-28
• 第二章 实验28-40
• 2.1 实验方案28-31
• 2.1.1 实验目的28
• 2.1.2 实验设备及原料28-29
• 2.1.3 试验方法29-31
• 2.1.4 表征31
• 2.2 实验条件及装置31-33
• 2.2.1 实验装置31-32
• 2.2.2 重质生物油组分32
• 2.2.3 有机水溶物物生物油组分32
• 2.2.4 液体产率、重油产率、催化剂用量，液比，残渣率32-33
• 2.3 试验流程33-34
• 2.3.1 生物质热解流程33-34
• 2.3.2 生物质在甲醇中的热化学转化流程34
• 2.4 产品气的分析34-40
• 2.4.1 常规气体的分析34-35
• 2.4.2 操作参数的确定35
• 2.4.3 气体出峰时间的确定35-36
• 2.4.4 产品气的定量分析方法36-37
• 2.4.5 标气的标准曲线37-40
• 第三章 玉米秸秆热解动力学研究40-52
• 3.1 温度对玉米秸秆热解的影响40-41
• 3.2 升温速率对秸秆热解的影响41-43
• 3.3 玉米秸秆热解动力学43-50
• 3.3.1 热解动力学参数的确定44-46
• 3.3.2 两段热解动力学参数的确定46-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 玉米秸秆热解特性研究52-58
• 4.1 玉米秸秆低温加压热解特性52-54
• 4.2 玉米秸秆高温常压热解特性54-55
• 4.3 玉米杆高温常压热解残留炭的气化特性55-57
• 4.4 小结57-58
• 第五章 氧化钙催化玉米秸秆热化学转化58-68
• 5.1 反应温度的影响58-61
• 5.2 催化剂量的影响61-63
• 5.3 气相组份63-65
• 5.4 小结65-68
• 第六章 碱性盐催化玉米秸秆热化学转化68-82
• 6.1 引言68
• 6.2 温度和液比对玉米秸秆热化学转化的影响68-70
• 6.3 催化剂对玉米秸秆热化学转化的影响70-80
• 6.3.1 K_2CO_3 对玉米秸秆热化学转化的影响70-75
• 6.3.2 Na_2CO_3 对玉米秸秆热化学转化的影响75-80
• 6.4 小结80-82
• 第七章 氢氧化钾催化玉米秸秆热化学转化82-86
• 7.1 结果与讨论82-85
• 7.1.1 催化剂量的影响83
• 7.1.2 温度的影响83-84
• 7.1.3 KOH 对气体组分的影响84-85
• 7.2 小结85-86
• 第八章 结论与建议86-88
• 8.1 主要结论86-87
• 8.2 不足之处87
• 8.3 工作建议87-88
• 参考文献88-94
• 致谢94-96
• 发表论文96

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

聚氯乙烯等塑料废弃物热解特性及动力学研究    韩斌

玉米秸秆快速热解    姚建中,陈洪章,张均荣,李桂兰,万宝春

生物质快速热裂解主要参数对生物油产率的影响    李天舒;刘荣厚;

我国低纬度、亚热带地区的降水化学及其雨水酸化趋势分析    齐立文，王文兴

全球十大环境问题    曹磊

碱性催化剂对农业废物液化产生生物油和气体的影响    陈玮;孟泉科;

生物质裂解油技术研究进展    薛瀚深;李洪宇;许庆利;亓伟;颜涌捷;

煤基甲醇和柴油生命周期温室气体排放评价    魏迎春;邓蜀平;蒋云峰;

生物质高压液化技术影响因素分析及展望    王刚;梁小蕊;薛钦昭;衣悦涛;李文;

生物质气化的应用与研究    赵连臣;李晓伟;王贵路;李继祥;张大雷;

玉米秸在亚/超临界乙醇-水中液化的初步研究    刘孝碧;曲敬序;李栋;毛志怀;

农作物秸秆的热解及在水中的液化研究    宋春财

木塑复合材料性能研究的关键问题    钟鑫,薛平,丁筠

芦笋老茎堆肥中高温纤维素分解菌的分离、筛选及鉴定    李欣欣;王琳琳;申挺挺;宋志刚;韩建荣;

铜陵市酸雨成因分析    黄一;孙世群;王辉;

酶改善二次纤维结合性能的研究    杭志喜

麦秸秆稀酸水解条件的研究    程旺开;汤斌;张庆庆;陈阿娜;翟光雯;周逢云;陈中碧;

羧甲基纤维素钠的应用进展    牛生洋;郝峰鸽;

淮南地区农作物秸秆循环利用模式    程少武;黄志斌;

芦竹苯酚液化工艺的研究    焦真真;张求慧;李建章;揭淑俊;

玉米秸秆制取生物油的工艺条件优化    李晓婷;

秸秆直接液化技术研究进展    徐凤英;梁英;方桂珍;

生物质水热液化技术及其研究进展    曾其良;王述洋;李二平;

沈阳地区生物质燃料的开发和利用    杨晓辉;

桉树烟熏液的制备工艺研究    王路;刘辉;谌素华;王维民;王小明;

涤／棉抗浸透湿面料的研究    牛家嵘;顾振亚;

竹原纤维预处理工艺参数探讨    崔桂新;贾懿磊;刘士彧;杨利波;

植物纤维素两段法催化降解    崔艳丽;毛建卫;

新型秸秆双床热解制气工艺的设计研究    李永玲;印佳敏;左禹;马润田;吴占松;

模拟酸雨对贝达葡萄叶片生理代谢影响初探    项殿芳;刘玲;吴学仁;

二醋酸纤维素接枝聚己内酯的制备及性能研究    杨莉燕;谭惠民;

酸沉降的影响因素、危害和控制    廖雷;蓝惠霞;吴娟;

聚合物/无机物/生物质杂化复合材料及其陶瓷材料的研究    李忠

离子液体—蛋白酶处理对羊毛表面性能的影响    袁久刚

木质素及其模型物在不同热化学环境下的解构    刘江燕

竹材液化、树脂化反应动力学及其生成物的性能    傅深渊

腐殖酸对纳米零价铁修复污染物的抑制及抗抑制机理研究    纳曼

合成气合成二甲醚和乙醇的试验研究    朱颖颖

基于组分的生物质热裂解机理研究    刘倩

淀粉/纤维素类生物质发酵联产氢气和甲烷的机理研究    谢斌飞

废纸二次纤维氰乙基化改性及制备复合材料的研究    张春红

微生物纤维素及其氧化衍生物的合成与性能研究    冯玉红

脆性水稻秸秆的生物预处理及发酵    刘晨娟

生物质快速热解制生物质油的实验研究    胡兴涛

天然彩色棉静电纺丝膜的制备和性能研究    万和军

生物质及其热解液体产物分析研究    马梅英

耐盐碱产纤维素酶芽孢杆菌的选育及酶学特性的研究    桂春燕

刺苦草等水生植物对富营养化程度不同水体净化作用研究    赵迪

稻秸秆提取纤维农用非织造地膜的研究    程士润

竹材树脂化的基础研究    栾复友

海藻多糖植物复合胶成膜性及其性能评价    吴佩

木糖发酵菌种的筛选及利用玉米秸秆产乙醇工艺的研究    王罗琳

废塑料催化裂解生成汽柴油中试工艺的研究    刘公召,陈尔霆

混合垃圾在热重分析仪中的燃烧特性分析    姜凡,江淑琴,潘忠刚,方建华

生物质裂解机理模型的研究进展    王新运;吴凤义;万新军;

生物质裂解机理和模型(Ⅰ)——生物质裂解机理和工艺模式    许洁;颜涌捷;李文志;王君;陈明强;

废塑料处理技术及综合利用研究    胡学,罗宪林,周作付

PVC的热解脱氯动力学分析    马师白,殷剑君,鲁军,高晋生

PVC的热失重和热解动力学    郑学刚,唐黎华,俞丰,应卫勇,朱子彬

金属氧化物对聚氯乙烯热降解性能的影响    朱新生,程嘉祺,管爱国

PVC材料热解脱氯的研究    郑学刚,唐黎华,倪燕慧,应卫勇,朱子彬

PVC微观结构及颗粒形态    赵劲松,李宁

废塑料裂解制取液体燃料技术的研究    袁兴中

固态医疗垃圾循环流化床气固流动与燃烧特性数值分析及实验    冉景煜

医疗废物热解特性及动力学模型研究    邓娜

海藻生物质热解与燃烧的试验与机理研究    王爽

垃圾热解特性研究及热解特性神经网络预测    罗春鹏

生物质三组分热解反应及动力学的比较    黄娜;高岱巍;李建伟;陈标华;

纤维素类生物质热解技术研究进展    张洪勋,李林

工业碱木素热裂解特性研究    武书彬;向冰莲;刘江燕;郭伊丽;孙润仓;

生物质热解液化技术及其产物利用的研究进展    丁福臣;迟姚玲;易玉峰;

以煤气化为核心的甲醇、电的多联产系统分析(上)    麻林巍,倪维斗,李政,任挺进

超临界流体技术及其在石油化工中的应用    李会鹏,亓玉台,秦树仁,王昕,王仙体

生物质的洁净转化和综合利用    邓立新

生物油轻质馏分加氢试验研究    姚燕;王树荣;骆仲泱;岑可法;

煤制甲醇浅说    唐宏青;郑鸣峰;

超临界流体萃取中的相平衡进展    朱自强

纤维素热裂解机理试验研究    廖艳芬

农作物秸秆的热解及在水中的液化研究    宋春财

生物质热裂解实验研究及热裂解产物利用    王栋

不同条件下玉米秸秆热解规律实验研究    周新华;齐庆杰;郝宇;吴宪;

一种改进的纤维素热解动力学模型    余春江,骆仲泱,方梦祥,廖燕芬,王树荣,岑可法

生物质热解气化技术的现状、应用和前景    齐国利,董芃,徐艳英

常用木质装饰板材的热解特性研究    李爱民,孙兰军,李润东,宁培双

热解CVD法同质外延金刚石单晶的研究    李胜华,张志明,荘志诚

生物质热解气化制取氢气    陈冠益,李强,H.Spliethoff,王福全

高反射率周期性铁电多层膜形成机理研究    胡古今;洪学鹍;陈静;褚君浩;戴宁;

生物质固定床两步法气化技术    闫桂焕;孙荣峰;许敏;关海滨;张卫杰;李晓霞;

峰值分析法在聚乳酸热解特性研究中的应用    王刚;李爱民;姜瑞勋;

有加质和化学反应热传导的积分计算    姜贵庆

生物质热解制炭制气系统研究    李在峰;雷廷宙;丁鸣;崔峻贞;胡建军;

蔗渣的热解与燃烧动力学特性研究    赵增立;李海滨;吴创之;陈勇;

废弃PVC热解脱氯的实验室研究    龙世刚;郭艳玲;孟庆民;曹枫;杨应东;杨红来;

~(13)C标记玉米秸秆分解过程中有机碳变化规律研究    暴春平;郭岩彬;杨景娜;吴文良;孟凡乔;

解耦热化学转化:方法、技术与研发现状    许光文;董利;刘新华;汪印;王宝群;高士秋;

不同加水量对玉米秸秆发酵酒精的影响    董惠钧;李华;贾士儒;

玉米秸秆的饲料加工利用技术探析    侯方安;康云友;

玉米秸秆双孢蘑菇冬种技术的研究与推广    孟丽;许桂芳;

利用玉米秸秆制备定向刨花板的研究    杨蕊;

长期施用玉米秸杆对黑土团聚体中腐殖质组成和性质的影响    陈辉;窦森;

广平秸秆饲料“远嫁”韩国    记者 郑惠华通讯员 马永存 郝爱良

玉米秸秆做温室：省钱效益高    乐亭县乐亭镇农业办 李世珍

广平4.5万亩秸秆变成饲料“罐头”    马永存、宁学玲、姜艳

玉米秸秆变成金    张相 罗立源 记者　付强

玉米秸秆饲料加工十大技术    

13万亩玉米秸秆何时生金    本报记者 杨涛军

冬季如何堆制玉米秸秆肥    吴凡

开鲁县为玉米秸秆管理“立法”    杨卫东

玉米秸秆栽培食用菌要点    沈瑞

山东张店：玉米秸秆变成宝贵资源    本报记者 单保江通讯员 张秀贵

麦草及其三种主要组分的热解规律    杨卿

热解、气化过程中燃料-N的形态转化及迁移规律研究    王宗华

生物质热解气化气相产物释放特性和焦结构演化行为研究    付鹏

生物质热化学转化行为特性和工程化研究    蒋剑春

煤颗粒热反应过程中宏观动力学模型的构建    费华

农作物秸秆的热解及在水中的液化研究    宋春财

高密度植物纤维功能材料制备、性能和机理的研究    韩文佳

生物质热解动力学建模及锥式闪速热解装置设计理论研究    王述洋

废轮胎流化床热解特性研究    李鑫

固体废物热解制取洁净燃料和化学原料的基础研究    李水清

玉米秸秆热解及在甲醇中的热化学转化研究    石玉良

固体废弃物的热解技术研究    万云

低变质煤热解—气化耦合工艺模拟优化研究    秦丽娜

滇池沉积物及热解沉积物颗粒对磺胺甲恶唑的吸附、解吸    黄苹

东乌旗煤及不同化学组分热解动力学及其挥发分析出规律的研究    陈燕

纤维素酶高产菌株选育与玉米秸秆生产酒精工艺研究    王倩

甜椒有机栽培基质的研究    边鸣镝

煤热解动学及其机理的实验研究    宋绍勇

微生物处理玉米秸秆生产蛋白饲料的研究    张红莲

松嫩草原重度盐碱化草地玉米秸秆改良研究    吴泠