基于组分分析的生物质热裂解动力学机理研究
在众多可再生能源中，生物质能有着广泛的来源，资源化利用后SOx、NOx和灰尘排放量比化石燃料要小得多，是理想的清洁燃料之一。生物质热化学转换技术是生物质转换利用研究中的一个重点，而热裂解在其中发挥着重要的作用。生物质热解动力学是表征生物质在热分解反应过程中反应温度、反应时间等参数对物料或反应产物转化率的影响的一个十分重要的特性。动力学特性直接关系到生物质热化学利用，通过动力学分析可深入地了解反应过程或机理，还可预测反应速率以及反应的难易程度。
本文对生物质利用意义和现状进行了总结，随后分别从单组分和多组分的角度讨论了生物质热裂解过程的动力学模拟现状，并对生物质三大组分的热裂解机理及动力学研究情况进行了系统的介绍和比较。
为了研究生物质的热裂解机理，掌握其热解动力学过程，本文首先对生物质进行各种组分的定量测定，同时对生物质进行传统的工业和元素分析，从而归纳得到阔叶类、针叶类和桔杆类生物质宏观结构上的组成特征。在此基础上，应用热红联用系统对具有代表性典型的生物质组分分析残渣进行热解机理研究，结合组分分析数据，横向对比不同生物质中同种组分热失重行为，得到生物质各组分热解特征。
通过不同纤维素的化学结构对比，以及富含纤维素的组分分析残渣热解动力学研究，发现纤维素热解的共性表明天然纤维素可以作为模化物进行单组分的热解机理研究。因此在热红联用系统中，开展了纯纤维素的热失重研究，通过红外检测的热解析出气体图谱，聚焦于热解产物的变化过程，直接获得了纤维素热裂解过程中的连续和竞争反应模式，并基于官能团结构，对热解产物的析出红外谱图解析，分析各种热解产物的生成机理。基于组分分析工艺对不同生物质的木质素进行提纯分离，对木质素和木聚糖的结构详细地分析说明，并分别应用纤维素热解机理研究的试验和分析方法对木质素和木聚糖热解产物的析出过程和生成机理进行研究。在三大组分热解产物析出机理研究的基础上，研究了生物质热解特性，并分析了组分对生物质热解产物析出过程产生的作用。
最后，采用Coats-Redfern积分方法计算生物质及其组分的热裂解表观动力学参数，结果表明不同组分含量的生物质热解特征参数不一致，组分构成是影响生物质热裂解行为的最大因素。基于组分分析残渣的热解动力学研究可以得到组分对生物质的热解影响，同时可以更准确地对从生物质源头提纯的木质素进行详细的热解动力学研究。
生物质;热裂解;组分分析;可再生能源;热解动力学
浙江大学
硕士
工程热物理
施正伦;王树荣
2006
中文
S216
83
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）