生物質(zhì)水熱預(yù)處理及其固體產(chǎn)物熱解特性研究.pdf

1、生物質(zhì)作為唯一一種碳基可再生能源，通過熱化學(xué)法可轉(zhuǎn)化為有用的燃料或高附加值的化學(xué)品，被認(rèn)為是最有可能全面替代傳統(tǒng)化石能源的能源資源。然而目前生物質(zhì)通過熱轉(zhuǎn)化法制取燃料或化工品仍面臨很多問題，例如生物質(zhì)原料結(jié)構(gòu)復(fù)雜、含水率高、含氧率高、熱值低、體積密度小等，制得的生物油燃料品質(zhì)較低、成分復(fù)雜且難分離等一系列難題。為此在直接用于熱轉(zhuǎn)化前，對(duì)生物質(zhì)采取一定的預(yù)處理工藝，對(duì)于提升生物質(zhì)燃料性質(zhì)，提升生物油品質(zhì)，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行選擇性富集都有重大意義。

2、為此本文主要考察了水熱預(yù)處理方法對(duì)幾種典型生物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的改性，以及水熱預(yù)處理過程對(duì)生物質(zhì)熱解特性的影響，為生物質(zhì)的后續(xù)高效利用提供思路。
　　首先考察不同生物質(zhì)種類、不同工藝參數(shù)（反應(yīng)溫度、保溫時(shí)間、固液比）對(duì)生物質(zhì)低溫水熱過程氣、液、固三態(tài)產(chǎn)物生成特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)水熱處理能夠增加原料的C含量、降低O含量、提高熱值并有顯著的脫灰效果。不同參數(shù)條件下液體產(chǎn)物以糠醛為主，還有少量的酚類，氣體產(chǎn)物以CO2為主，生物質(zhì)的水熱預(yù)

3、處理過程，主要發(fā)生半纖維素的降解，并伴隨少量木質(zhì)素的降解。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)120min后，生物質(zhì)的水熱降解程度加深，二次裂解產(chǎn)物明顯增多，反應(yīng)溫度對(duì)生物質(zhì)固體產(chǎn)率的影響最為顯著。
　　然后對(duì)不同溫度下水熱處理前后的玉米稈和木屑進(jìn)行物理化學(xué)性質(zhì)的測試分析，發(fā)現(xiàn)水熱過程對(duì)玉米稈以及木屑?jí)A及堿土金屬元素的脫除效果顯著，在180℃水熱溫度下堿及堿土金屬元素含量較原樣降低96％以上。在160-220℃水熱溫度范圍內(nèi)纖維素晶體結(jié)構(gòu)保存完好，并隨溫

4、度升高相對(duì)結(jié)晶度也逐漸增大。水熱處理能增大玉米稈和木屑的比表面積、孔容積，但是改變程度較小。同時(shí)在三種不同烘焙預(yù)處理對(duì)棉桿的改性對(duì)比研究中，發(fā)現(xiàn)微波烘焙在改善棉桿化學(xué)組成、提升燃料特性方面優(yōu)勢最大，濕烘焙（即水熱預(yù)處理）脫灰效果最顯著、以及反應(yīng)條件最溫和，而常規(guī)烘焙在相同的固體質(zhì)量產(chǎn)率下能獲得最高的能量產(chǎn)率。
　　最后以玉米稈、木屑以及不同水熱處理后的固體產(chǎn)物為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行熱解動(dòng)力學(xué)特性以及快速熱解產(chǎn)物生成特性研究，發(fā)現(xiàn)水熱

5、預(yù)處理提高了生物質(zhì)熱解反應(yīng)活化能，最大熱失重速率隨水熱預(yù)處理過程的溫度的升高先增大后減小，在180℃時(shí)取得最大，而且最大失重速率對(duì)應(yīng)的熱解溫度增大，熱失重速率峰型由寬變窄，半纖維素降解程度隨水熱溫度升高而加深。生物質(zhì)熱解油的產(chǎn)率隨水熱預(yù)處理溫度的升高而先增后降并在180℃水熱預(yù)處理溫度下取得最大值。熱解氣體產(chǎn)物主要有CO、CO2、H2、CH2，CO相對(duì)含量最大，快速熱解液體產(chǎn)物分布隨水熱預(yù)處理溫度變化較大，主要有醛、酮、酸、酚、脫水糖及