生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)過(guò)程機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、作為熱化學(xué)方法的一種，熱解可以方便地將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)大分子分解為各種有價(jià)值的產(chǎn)品。以單一產(chǎn)品為主的熱解技術(shù)只是關(guān)注其中單一產(chǎn)品的最大產(chǎn)率，而對(duì)其他產(chǎn)物缺乏足夠的重視。在此背景下，華中科技大學(xué)煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了基于熱解產(chǎn)物綜合利用的生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝。本文主要是針對(duì)該工藝開(kāi)展相關(guān)的機(jī)理與應(yīng)用研究。
　　首先采用熱重-傅里葉紅外聯(lián)用技術(shù)（TG-TFIR)研究5種生物質(zhì)原料的熱解特性與熱解氣體釋放特性，以此作為生物質(zhì)熱解多聯(lián)

2、產(chǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。結(jié)果表明，5種原料主要的熱解區(qū)處在190-400℃間，最大失重速率（DTGmax）受生物質(zhì)干燥基揮發(fā)分(Vdb)和干燥基灰分(Adb)的綜合影響，原料種類(lèi)可能會(huì)影響熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)。棉桿、油菜桿、煙梗、稻殼和竹材的熱解總反應(yīng)活化能分別為132、122、81、123和123KJ/mol。
　　在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的恒溫固定床上進(jìn)行了不同原料在250℃-950℃區(qū)間內(nèi)的熱解多聯(lián)產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，從三態(tài)產(chǎn)物分布特性、氣液產(chǎn)物析出

3、機(jī)制等方面確定熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝基本運(yùn)行參數(shù)。結(jié)果表明，350℃、450℃-550℃、高于750℃分別是焦炭、液體油、氣體產(chǎn)物產(chǎn)率最優(yōu)的運(yùn)行溫度；糖苷鍵斷鏈、脫羰基、脫甲基和脫氫縮聚依次是CO2、CO、CH4和H2大量析出的主要反應(yīng)，750℃是熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝中獲得優(yōu)質(zhì)燃?xì)?、合成氣的最佳運(yùn)行溫度。液體產(chǎn)物組分中水分含量達(dá)到50％~70％，乙酸含量達(dá)到8.3％~14.9％。
　　采用多種分析方法研究了熱解過(guò)程中生物質(zhì)焦炭理化結(jié)構(gòu)的演變特性

4、，為熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝中焦炭產(chǎn)品調(diào)控方法提供參考依據(jù)。在250℃-350℃間，三組分聚合物結(jié)構(gòu)經(jīng)由羥基脫除、糖鏈解構(gòu)等反應(yīng)在焦炭?jī)?nèi)富集苯環(huán)，轉(zhuǎn)變?yōu)槟举|(zhì)素中間體；在350℃-450℃間，木質(zhì)素中間體內(nèi)不飽和脂肪支鏈與已有苯環(huán)縮合成1-4個(gè)單層苯環(huán)或稠環(huán)結(jié)構(gòu)，這些苯環(huán)排列方向非常紊亂而構(gòu)成三維苯環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；在450-650℃間，再經(jīng)由甲基/亞甲基、羰基、芳香醚鍵的脫除反應(yīng)，稠環(huán)數(shù)量增加而形成尺寸較大的二維稠環(huán)平面結(jié)構(gòu)；溫度高于650℃后，二維稠

5、環(huán)平面結(jié)構(gòu)則通過(guò)脫氫縮聚、脫醚鍵反應(yīng)在平面法線(xiàn)方向上增加堆棧層而逐步向石墨微晶發(fā)展。
　　在處理量達(dá)100kg/h的生物質(zhì)熱解移動(dòng)床中試試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了移動(dòng)床熱解試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，采用大長(zhǎng)徑比移動(dòng)床熱解管以及高溫?zé)煔鉀_刷換熱的方式可以有效縮短生物質(zhì)熱解所需時(shí)間，能夠?qū)⑸镔|(zhì)的熱解溫度提升至600℃，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，生物質(zhì)從上至下在具有穩(wěn)定溫度范圍的區(qū)段內(nèi)依次經(jīng)歷干燥脫水、吸熱升溫、放熱熱解及焦炭吸熱升溫等過(guò)程；氣體產(chǎn)物中H2、CH4