發(fā)布時間：2020-05-16 03:28

【摘要】： 自20世紀以來,出于環(huán)境保護及應對石化資源危機的考慮,充分有效地利用可再生的生物質(zhì)資源成為人們研究關(guān)注的熱點。本文針對我國西北地區(qū)具有代表性的生物質(zhì)資源-玉米秸稈熱解反應的動力學進行了研究,考察了玉米秸稈在低溫高壓和高溫常壓下的熱解特性及熱解殘?zhí)康臍饣匦�。采用甲醇溶�?在超臨界條件下、添加不同堿性催化劑的件下進行玉米秸稈的熱化學轉(zhuǎn)化研究,并考察了反應溫度、液比及催化劑添加量對熱化學轉(zhuǎn)化產(chǎn)物收率的影響,研究結(jié)果表明: 1)玉米秸稈熱解過程可分為三個階段,預熱脫水段(室溫～150℃)、熱解段(150℃～400℃)和殘留物的緩慢分解段(400℃)。玉米秸稈快速熱解失重過程主要發(fā)生在第二段,升溫速率對玉米秸稈熱解失重溫度區(qū)間影響不大。 2)在不同的升溫速率下,玉米秸稈熱解過程中升溫速率與最大失重速率對應的溫度呈線性關(guān)系�？疾煊衩捉斩挓峤膺^程應在同一升溫速率下進行以消除升溫速率的影響。在消除升溫速率影響下的玉米秸稈熱解過程中最大失重速率對應的溫度為309℃。因此研究玉米秸稈熱解特性應在同一升溫速率下進行。 3)以309℃左右為分界點,低于309℃為熱解的低溫區(qū);大于309℃為熱解高溫區(qū)。低溫區(qū)玉米秸稈熱解反應級數(shù)為1,熱解活化能為25KJ/mol左右;高溫區(qū)玉米秸稈熱解反應級數(shù)在2左右,活化能在16KJ/mol～25KJ/mol之間。 4)玉米秸稈在低溫加壓條件下熱解時,不利于CO的生成,有利于H2,CH4,CO2的生成,將氣體進行凈化后可獲得8860.64KJ/m3熱值的清潔氣體燃料。玉米秸稈在高溫常壓條件下熱解時,隨著溫度的升高,其氣體產(chǎn)品中的可燃組分增加,特別是H2的含量增加明顯。 5)玉米秸稈熱解(700℃)殘留炭,在700℃～900℃的溫度下水蒸氣氣化,熱值可達9508.90 KJ/m3,氣化氣體中H2的含量可達55%,CO含量可達26%。高溫殘?zhí)繗饣a(chǎn)生的氣體中H/C約為2,在氣化氣中兩者的有效含量可達80%。 6)反應溫度、液比和催化劑用量都對玉米秸稈的液化反應產(chǎn)生影響。比較而言,溫度是生物質(zhì)液化反應的主要影響因素。 7)四種堿性物質(zhì)CaO、K2CO3、Na2CO3和KOH對玉米秸稈熱化學轉(zhuǎn)化都有促進作用。以液體產(chǎn)物為目的產(chǎn)物,其催化能力為:KOHCaO K2CO3 Na2CO3;以原料的轉(zhuǎn)化率基準,其催化能力為:K2CO3 KOH Na2CO3CaO。 8)以液體產(chǎn)物為目的產(chǎn)物時,甲醇體系中以四種堿性物質(zhì)為催化劑時獲取最大液體產(chǎn)率的最佳工藝條件是:液比為50/5、溫度范圍是280℃～290℃、CaO% 2.5%～5.0%、K2CO3%在5.0%～10.0%之間。 9)堿性催化劑能夠有效地提高玉米秸稈熱化學轉(zhuǎn)化程度,但其催化能力與其堿性的強弱并無線性關(guān)系。
【圖文】：

易斷開而使纖維素易于發(fā)生降解。它的分子鏈式結(jié)構(gòu)如圖1-1[7]。圖 1-1 纖維素的結(jié)構(gòu)Fig.1-1 molecule structure of cellulose纖維素主要發(fā)生兩類化學反應：第一類是纖維素的降解反應。第二類是發(fā)生在纖維素上含有羥基官能團及其衍生官能團位置上的化反應。第一類反應類型主要包括纖維素的氧化、酸解、堿解、機械降解、光解、離子輻射和生物降解等。第二類反應類型主要包纖維素的酯化、醚化、親核取代、接枝共聚和交聯(lián)等化學反應。在纖維素發(fā)生的兩類反應中，第二類反應因更容易進行而在纖維素的反應中占主要地位。纖維素羥基及其衍生結(jié)構(gòu)的酸性和解離傾向排列順序是：C2-OH>C3-OH>C6-OH。由此可以推斷，在堿性介質(zhì)中纖維素的第二類反應更易進行且主要進行仲羥基的化學反應，而在酸性介質(zhì)中則有利于伯羥基的反應。連接纖維素大分子的β-1,4-糖苷鍵是一種縮醛鍵，該鍵不同于羥基及其衍生結(jié)構(gòu)，它在堿性介質(zhì)中不易發(fā)生反應，而對酸特別敏感。在適當酸度濃度、溫度和時間作用下，糖苷鍵發(fā)生斷裂，其聚合能力降低，而其還原能力卻有很大的提高。這類反應稱為纖維素的酸性水解。纖維素酸水解反應得到的主要成分是糖(如木糖、葡萄糖、纖維二糖)，糖醛類(如糠醛、羥甲基糠醛)和有機酸(如乙酸、甲酸、乙酰丙酸)。纖維素在濃酸中的均相水解是其晶體結(jié)構(gòu)在酸中潤脹或溶解后，首先形成酸復合物再水解成低聚糖和葡萄糖。而纖維素在稀酸中的降解反應則是多相水解過程。水解發(fā)生于固相纖維素和稀酸溶液之間，在一定的溫度和壓力條件下，稀酸可將纖維素完全水解

基等活性基團。因此，半纖維素具有與纖維素類似的化學反應。2.3 木質(zhì)素木質(zhì)素是構(gòu)成植物體的又一主要物質(zhì)，其單體是一類具有苯丙烷骨架的多羥基化，單體間通過 C-C 鍵和 C-O-C 鍵形成復雜的無定型高聚物，常與纖維素結(jié)合在一為細胞間質(zhì)填充在細胞壁和微細纖維之間，也存在于細胞間層。木質(zhì)素是植物界中于纖維素的最豐富和最重要的有機高聚物。它廣泛分布于具有維管束的羊齒類植物的高等植物中，是裸子植物和被子植物所特有的化學成分。木質(zhì)素在木材中的含量~40%，禾本植物中略低，為 15~25%。木質(zhì)素生物合成及14C 示蹤實驗的大量研究工作表明，構(gòu)成木質(zhì)素的單體，從化構(gòu)上看，既具有酚的特征又有糖的特征，其構(gòu)成前體有三種：松柏醇(I)、芥子醇對香豆醇(III)，如圖 1-2。這三種前體經(jīng)過脫氫聚合即可得到木質(zhì)素。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK6

【引證文獻】

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1 韓斌;聚氯乙烯等塑料廢棄物熱解特性及動力學研究[D];天津大學;2012年

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本文編號：2666098