生物质的热解特性及其热解焦的气化特性的实验研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weizx20090123
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随着化石能源的枯竭以及环境污染问题的加剧,生物质能的开发利用受到越来越多的关注,实现生物质的清洁高效利用有助于缓解能源危机与环境污染问题。毛竹和椰子壳是重要的生物质能资源,而热解是一种有效利用毛竹和椰子壳的手段。本文研究了毛竹和椰子壳的热解特性,并系统的研究了其热解过程中热解焦物理化学结构的演化和气体释放规律。同时,为了实现热解焦的清洁高效利用,本文开展了热解焦和石油焦共气化的实验探索。  首先结合热重研究了毛竹和椰子壳的热解特性,获得了不同升温速率下的热解特性参数。毛竹中纤维素的含量大于半纤维素,热解时半纤维素和纤维素的分解重合,因而出现一个最大失重峰;椰子壳中纤维素的含量小于半纤维素,热解时纤维素和半纤维素的分解分离,因而出现两个最大失重峰。综合热解特性指数随着升温速率的升高而增加,这说明升温速率增加热解作用加剧。  然后在固定床反应器上开展了毛竹和椰子壳的热解实验,研究了热解过程中的气体释放情况,并结合比表面积测试(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)系统的研究了热解焦的物理化学特性。结果表明当热解温度低于500℃时,热解气中主要包含CO、CO2,结合热解焦的FTIR分析可知,500℃热解焦中C=O消失,C-O含量降低,推测此时C=O、C-O和-COOH断裂生成CO和CO2;当热解温度高于500℃时,热解气中CH4和H2的含量增加,结合Raman分析可知,温度升高发生缩聚反应使得小的芳香环系统向大的芳香环系统转化,这说明CH4和H2来源于芳香环的断裂和重整。由SEM和BET的分析可知,热解过程中随着脱挥发分作用的加强,热解焦的表面变粗糙,其比表面积增加。毛竹700℃以上的热解焦发生孔坍塌使得比表面积减小,而800℃椰子壳热解焦比表面积达到最大值。  最后通过固定床气化实验研究了椰壳焦和石油焦的共气化特性。研究发现椰壳焦的CO2气化过程中CO的释放速率存在两个极大值,分别是由挥发分的析出和焦炭的释放引起的。椰壳焦和石油焦的混合物在CO2气氛和水蒸气气氛气化时均表现出协同作用,这是由于椰壳焦中的碱金属和碱土金属促进了石油焦的气化。
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