熔盐热裂解农作物秸秆制气体的研究

【摘要】：生物质是一种清洁的可再生能源,对其开发和利用意义重大。生物质热裂解是一种能实现其能量高效转换的有效途径,而熔盐具有热容大、导热系数高等特性,能实现生物质原料快速均匀地升温,是性能优良的热载体。本文以水稻秸秆作为生物质原料,在ZnCl2-KCl(记为ZK)和Li2CO3-Na2CO3-K2CO3(记为LNK)熔盐体系下,进行了热裂解表观动力学和气体产物逸出特性研究,并在LNK体系中进行了热裂解制取气体产物的试验研究。为研究熔盐作用下水稻秸秆的热裂解特性,在ZK和LNK熔盐体系中分别添加氯化盐或硫酸盐,采用热重分析与傅里叶变换红外光谱联用技术(Thermogravimetric analyzer coupled with Fourier transform infrared spectrometry,TG-FTIR)研究了水稻秸秆的热裂解过程,并使用Coats-Redfern法计算了热裂解过程的表观动力学参数。结果表明:ZK熔盐能改变特征失重温度及其特征失重速率,降低水稻秸秆热裂解的活化能,抑制CO2、CO、CH4、苯酚、甲苯、甲酸和水等产物的生成;添加氯化盐使活化能进一步降低;添加硫酸盐能促进水稻秸秆热裂解产物的生成和逸出,NiSO4作用尤其明显。LNK熔盐使特征失重温度及其特征失重速率均下降,促进了CO2生成,对CO、CH4、苯酚等产物有不同程度的抑制作用;添加氯化盐同样使热裂解活化能进一步降低;添加氯化盐和硫酸盐均能促进水稻秸秆热裂解产物的生成和逸出。当温度高于550℃时,LNK熔盐促进了Boudouard反应(C+CO2→2CO);添加氯化盐和硫酸盐均能进一步促进该反应的进行,NiCl2和CoCl2作用显著。选择31.1wt%Li2CO3-32.2wt%Na2CO3-36.7wt%K2CO3为基础熔盐体系,添加不同的氯化盐和硫酸盐,对水稻秸秆进行热裂解试验研究。结果表明:LNK熔盐使气体产率和组分体积含量上升,氯化盐和硫酸盐能进一步促进气体产物的生成,显著影响气体产物组成分布。与纯水稻秸秆热裂解相比,LNK作用下气体产率增加了41.3%,H2体积含量从41.21%提高到77.08%。CuSO4-LNK作用下H2产率最高,为366 mL/g,而CoCl2-LNK作用下H2体积含量最高,达到86.21%。随着盐质比的降低,气体产率先增大后减小,H2和CO体积含量随之下降,而CH4和CO2体积含量逐渐上升。研究为生物质资源的能源化利用提供了一定的理论参考。 【关键词】：熔盐 水稻秸秆 热裂解 TG-FTIR 气体产物
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符号简写说明11-12
• 第一章绪论12-17
• 1.1 引言12-13
• 1.2 生物质能概况13-15
• 1.2.1 生物质能定义13
• 1.2.2 生物质能特征13-14
• 1.2.3 生物质能资源种类14-15
• 1.3 研究意义15-17
• 第二章 文献综述17-30
• 2.1 生物质热裂解技术研究进展17-22
• 2.1.1 生物质热裂解技术概述17-18
• 2.1.2 生物质热裂解影响因素18-21
• 2.1.3 熔盐热裂解研究现状21-22
• 2.2 生物质气化的研究进展22-24
• 2.2.1 生物质气化概述22
• 2.2.2 生物质气化影响因素及研究现状22-24
• 2.3 生物质裂解动力学研究进展24-29
• 2.3.1 热裂解表观动力学概述24-26
• 2.3.2 Coats-Redfern法在生物质热裂解研究中的应用26-29
• 2.4 研究内容29-30
• 第三章 基于TG-FTIR联用技术水稻秸秆热裂解规律的研究30-62
• 3.1 实验原料、仪器、药品及步骤30-32
• 3.1.1 实验原料30
• 3.1.2 实验仪器30
• 3.1.3 实验试剂30-31
• 3.1.4 实验步骤31-32
• 3.2 水稻秸秆热裂解热重分析32-44
• 3.2.1 氯化盐和硫酸盐的影响32-34
• 3.2.2 ZnCl_2-KCl体系金属盐的影响34-38
• 3.2.3 Li_2CO_3-Na_2CO_3-K_2CO_3体系金属盐的影响38-41
• 3.2.4 升温速率的影响41-44
• 3.2.4.1 ZnCl_2-KCl体系中升温速率的影响41-42
• 3.2.4.2 Li_2CO_3-Na_2CO_3-K_2CO_3体系中升温速率的影响42-44
• 3.3 水稻秸秆热裂解表观动力学研究44-49
• 3.3.1 ZnCl_2-KCl体系热裂解动力学分析44-46
• 3.3.2 Li2CO-3-Na_2CO_3-K_2CO_3体系热裂解动力学分析46-49
• 3.4 水稻秸秆热裂解产物的FTIR分析49-60
• 3.4.1 ZnCl_2-KCl体系热裂解产物FTIR分析51-56
• 3.4.2 Li_2CO_3-Na_2CO_3-K-2CO-3体系热裂解产物FTIR分析56-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第四章 水稻秸秆热裂解制气体的研究62-78
• 4.1 实验方法62-64
• 4.1.1 实验装置62-63
• 4.1.2 实验过程63-64
• 4.2 热裂解产物分析方法64
• 4.2.1 气体产物组分分析64
• 4.2.2 液体产物组分分析64
• 4.3 结果分析64-77
• 4.3.1 Li-2CO_3-Na-2CO_3-K_2CO-3体系金属盐对产物产率的影响64-66
• 4.3.2 Li_2CO_3-Na_2CO_3-K_2CO-3体系金属盐对气体组成分布的影响66-68
• 4.3.3 盐质比对产物产率的影响68-70
• 4.3.4 盐质比对气体组成分布的影响70-71
• 4.3.5 热裂解液体产物的GC-MS分析71-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第五章 结论与建议78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 建议79-80
• 参考文献80-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89

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

纤维素热裂解过程动力学的试验分析研究    廖艳芬,王树荣,骆仲泱,周劲松,余春江,岑可法

纤维素快速热裂解试验研究及分析    廖艳芬,王树荣,骆仲泱,谭洪,余春江,周劲松,岑可法

工业木质素的热裂解试验研究    岳金方;应浩;

在氮气氛围下木薯渣热裂解的试验研究    岳金方;左春丽;

钙盐催化纤维素快速热裂解机理试验研究    廖艳芬;王树荣;骆仲泱;岑可法;马晓茜;

生物质三组分热裂解行为的对比研究    谭洪;王树荣;骆仲泱;岑可法;

酚醛树脂的热裂解气相色谱-质谱联用分析    刘亮;李娟;王金明;

流化床藻类生物质快速热裂解试验    王娜;陈冠益;李俊飞;颜蓓蓓;

生物质在熔盐中的热裂解特性    蔡腾跃;姬登祥;于凤文;艾宁;计建炳;

CaO伴随纤维素快速热裂解的落体试验研究    林郁郁;陶然;张楚;张健;章明川;

工业木薯渣的热裂解试验研究    岳金方;左春丽;

四种卷烟纸纤维热裂解分析    罗丽莉;潘泉利;黄海群;邬伟英;杨涛;

流化床藻类生物质快速热裂解试验研究    王娜;陈冠益;李俊飞;颜蓓蓓;

不同流化床床料的生物质快速热裂解试验研究    柳善建;易维明;毕冬梅;柏雪源;李永军;殷哲;

松木木屑在小型流化床热裂解装置中的试验研究    牛卫生;刘荣厚;李金洋;孙清;

工业木质素的热裂解试验研究    岳金方;应浩;

木质素的热裂解研究    王海涛;吴瑛;吴廷华;

生物质快速裂解液化技术    易维明;柏雪源;何芳;李永军;李志合;

生物质的热裂解及催化分解特性研究    何峣

生物质选择性热裂解机理研究    郭秀娟

亚热带典型生物质资源热裂解过程研究    谢清若

厌氧发酵液培养链带藻高生物量累积及热裂解产物研究    李刚

基于组分的生物质热裂解机理研究    刘倩

不同气氛下木质素高温热裂解特性的实验研究    唐世斌

流化床内颗粒流动特性实验研究    王祥

熔盐热裂解农作物秸秆制气体的研究    盛佳峰

木质素热裂解方式及其产物研究    付尹宣

木质素热裂解行为的试验研究    王凯歌

生物质快速热裂解试验研究    王乐

农作物秸秆热裂解制取生物燃料的研究    崔丽

生物质热裂解制油机理试验研究及流化床闪速热裂解装置设计    洪军

微藻热裂解油催化加氢精制实验研究    仲卫成

聚二甲基硅烷的热裂解—气相色谱—质谱研究    来淑贤