基于组分的生物质热分解及交互作用机制研究

《基于组分的生物质热分解及交互作用机制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学号D201077231学校代码10487密级博士学位论文基于组分的生物质热分解及交互作用机制研究学位申请人：辛善志学科专业：热能工程指导教师：陈汉平教授杨海平副教授答辩日期：2014年5月22日万方数据万方数据AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringStudyonthemechanismofbiomasspyrolysisandtheinteractionsbasedonitscomponentsPh.D.Candid

2、ate:XinShanzhiMajor:ThermalEngineeringSupervisor:Prof.ChenHanpingAssoc.Prof.YangHaipingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.China22,May,2014万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明

3、确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日万方数据万方数据华中科技大学博士学位论文摘要近年来以生物质热解生物油为

4、原料制取高品位液体燃料引起了各国的极大关注，然而生物质热解是非常复杂的物理化学过程，它的热裂解行为可以认为是其主要成分（纤维素、半纤维素、木质素）热裂解行为的综合表现。不同类别的生物质具有不同的纤维组成，且每种组分的热分解速率及路径存在差异，同时在热解过程中组分相互之间还存在着交互反应，进而影响生物质的热解行为及产物分布。因此只有全面掌握生物质单个组分的热分解特性及热解过程中纤维组分间的交互反应，才能更好地理解生物质的热解机理并通过产物调控制备高品位的液体燃料。首先以生物质三大纤维组分的模型化合物为原料，在200-950˚C范围内的快速热裂解行为及产物生成机理

5、进行研究。纤维素为生物质热解生物油的主要贡献者（~69wt.%），而木质素则为生物质热解焦炭的最大贡献者（~50wt.%）；纤维素、木聚糖及木质素热解生物油的主要成分分别为脱水糖、小分子含氧化合物及酚类化合物。多聚糖热解CO的生成集中于500-650˚C范围内，而H2、CH4主要生成与650˚C以上的高温；通过对焦炭结构演变研究发现，当反应温度<500˚C时，组分模化物主要发生的分子内、分子间氢键的断裂以及结构连接键的断裂，而随着温度的升高，焦炭内逐渐开始出现含有脂肪烃支链的芳香族化合物并逐步发生缩合生成大的稠环结构。在立式炉上分别对生物质三组分模化物热解挥发

6、分的气-气相以及挥发分与固相（原样以及焦炭）的气固相交互作用机制及其对产物组成的影响进行了研究。研究发现组分间气相交互作用促进气体产物的生成而抑制液体产物的生成。半纤维素挥发分阻碍左旋葡聚糖的开环分解，从而促进纤维素糖类的生成；400˚C时直链分子的芳环化反应较强，高温下（700˚C）逐渐生成呋喃类化合物；纤维素-木质素与半纤维素-木质素的交互反应都能促进酸类、酮类以及糠醛的生成；木质素挥发分中的高电负性的酚类与糖类形成聚合物而促进纤维素左旋葡聚糖的生成；气-固交互作用的研究发现，280˚C时半纤维素挥发分中的酸类能够加速纤维素糖苷键及吡喃环、木质素的脂肪烃支

7、链及含氧官能团的分解从而增加其热解失重量；而万方数据华中科技大学博士学位论文315˚C时纤维素挥发分中的脱水糖发生聚合生成炭化产物从而降低了木质素的热解失重量。650˚C下木聚糖及木质素焦炭与挥发分的气固交互反应使得木聚糖更易分解成小分子液体产物，同时焦炭还能加速挥发分中羰基的脱除、木质素的脱甲氧基，但是却抑制了羧基的分解，甲基自由基倾向于与苯酚结合而生成烷基苯酚；最后选取玉米芯研究纤维素及半纤维素之间原始交联结构对交互反应及热解特性的影响，同时选取花生壳及核桃壳考察在热解过程中木质素与综纤维素的交互作用。研究发现与合成生物质相比，原样热解后气体产率更低，但是

8、液体及固体产率更高，气体产物中H2及C