探索生物质三组分热裂解特性及其动力学研究

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1、北京化工大学硕士学位论文生物质三组分热裂解特性及其动力学研究姓名：黄娜申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：李建伟20070605北京化工大学硕士学位论文生物质三组分热裂解特性及其动力学研究摘要生物质热裂解是将生物质能源转化成为高品位能源和化工产品工艺的核心技术。由于生物质三种主要成分纤维素、半纤维素和木质素均为具有复杂空间结构的高分子化合物，它们相互结合形成更为复杂的超分子复合物，因而生物质热解是一种复杂的物理化学过程。本文针对不同种类生物质以及生物质三种主要组分(纤维素、半纤维素和木质素)的热解反应规律和动力学进行研究，并对三组分之间热解反应的交互作用进行初步探

2、索，最后对生物质热裂解气体产物的组成和分布进行了研究。首先基于热重分析法对甲基纤维素、蔗渣和花生壳三种生物质热解规律进行研究。结果表明，花生壳的失重温区最大(230-580℃)，而甲基纤维素与蔗渣的主要失重温区都位于300--400℃。采用Coats．Redfern积分法研究上述三种生物质动力学规律，得到它们的热解反应均可以用一级反应动力学来描述，三种生物质中甲基纤维素的表观活化能最大。对生物质三种主要成分纤维素、半纤维素(木聚糖为其模型化合物)和木质素热解反应行为和动力学研究表明：分子结构上的不同使得三组分的热解特性存在明显差异；在所考察的温区内，纤维素的失重量约为8

3、6％，木聚糖失重量为69％左右，而木质素的失重量仅为51％；热解反应深度按照纤维素、木聚糖和木质素的顺序依次降低；木聚糖和木质素热解反应均可以用两个分段二级动力学方程来描述，但纤维素在低温区和高温区分别遵循一级和二级动力学规律。北京化工大学硕士学位论文对生物质三组分之间热解反应的交互作用研究表明：在纤维素和木聚糖混合物的热解反应中，木聚糖对纤维素的热解反应具有单向抑制作用；在纤维素和木质素混合物的热解反应中，纤维素对木质素的热解反应具有单向抑制作用。最后，在固定床反应器中对纤维素和木质素热裂解和催化裂解进行了研究。煅烧白云石对纤维素裂解具有良好的催化性能，对木质素裂解具

4、有一定促进作用，但不及对纤维素裂解效果显著。关键词：生物质，纤维素，木聚糖，木质素，热解，动力学ⅡSTUDYONPYRoLYSISCHARACTERISTICSANDKINETICSOFTHREECOMPONENTS0FBIOMASSABSTRACTBiomasspyrolysisisthekeytechnologytoeonvertthebiomassenergyintohighgradeenergyandchemicalproducts．Becauseoftheobviouscomponentandsmmmraldifferences，theheatpyrolysi

5、softhreemaincomponentsofbiomass，cellulose,hemicelluloseandligninisaquitecomplexphysicochemicalprocess．Thepyrolysischaracteristicsandkineticsofthreebiomasseswereinvestigatedinthispaper．Then,thepyrolysischaracteristicsandinteractionsforthreemaincomponentsofbiomasswerestudied．Firstly,thepyr

6、olysischaracteristicsofthreebiomasses(methylcellulose，bagasseandpeanutshell)werestudiedbymeansofthermogravimetricanalysismethod．Theresultsindicatethatthepyrolysisofpeanutshellcoversthewidestpyrolysistemperaturerangefrom230。Cto580。C．Thepyrolysisofmethylcelluloseandbagassearemainlyintheran

7、geof300。Cand400*(2．ThepyrolysiskineticmodelsoftheirsweredevelopedwithCoats—Redfemintegralmethod．Theresultsshowthatthepyrolysisreactionoftheirscanhedescribedwiththefirst-orderkineticsintheirmainreactiontemperatures．Activeenergyofmethylcelluloseamongthreebiomassesishighest．