【摘 要】
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近年来,由于化石燃料的利用带来的能源短缺和环境污染问题日益尖锐,生物质热解技术受到越来越多的关注。在传统热解技术中,焦油问题是阻碍其广泛推广的棘手难题,加压热解无疑是解
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近年来,由于化石燃料的利用带来的能源短缺和环境污染问题日益尖锐,生物质热解技术受到越来越多的关注。在传统热解技术中,焦油问题是阻碍其广泛推广的棘手难题,加压热解无疑是解决这一难题的重要方法。本论文利用自制高温高压反应釜开展松木屑常压和加压热解实验,研究了温度、压力和进料方式对热解过程中产物质量分布和产物特性的影响。主要研究成果如下: (1)松木屑的热解过程可以3个阶段:物料干燥阶段、一次热解反应阶段和残渣的二次热解阶段。其中,一次热解反应阶段的失重率为63.10%,是发生热解反应的主要阶段。 (2)在松木屑的常压热解实验中,焦油是热解的主要产物,其产率在33.47%~45.97%之间。而在加压热解中,高压促进了焦油的二次裂解,600°C压力为5 MPa时,焦油含量为14.24%。高温进料时,热解气和焦油的产率明显增加,生物炭和水的产率明显下降,其中焦油产率比常温进料时高11.26%。 (3)在常压热解中,CO是高温区间的主要气体成分,且随温度的升高,CO和H2含量呈上升趋势而CO2和CH4的含量则呈下降趋势。在加压状态下,加压促进了焦油的脱羧基作用,当压力升高时,CO2含量持续增加。高温进料不利于焦油和热解气间的二次裂解反应,从而导致H2、CH4和CO2的含量明显下降。 (4)提高热解压力,焦油含氧量明显减少。压力促进了焦油二次裂解生成小分子醛、酮和酸等化合物。600°C,3 MPa下松木屑加压热解油的主要组分为含氧化合物,苯酚和乙酸是加压热解油中含量最多的两种物质。 (5)随热解温度的升高,生物炭中挥发分和H、O元素的含量逐渐降低,固定碳和灰分含量逐渐升高。生物炭的FTIR分析表明高温促进了木质素和多聚糖类物质的降解;高压对木质素的降解并无抑制作用,但会促进脂肪族类有机物的降解。提高热解压力和热解温度,生物炭燃烧性能明显提高,600°C,3 MPa下的生物炭热分解的温度区间为480~615°C,其失重率在480~600°C范围内均维持在6%·min-1以上。从微观结构来看,加压促进了生物炭内部的膨胀,而且随着热解压力的升高,生物炭表面变得更加粗糙,孔隙结构更加发达。
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