基于反应溶液资源化利用的麦秆水热碳化试验研究.pdf

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1、？？？—中４ｚ唸ｒｔ）ＺＨＯＮＧＹＵＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ９－基于反应溶液资源化利用的麦秆水热碳化试验研究＊吴婷婷学科门类：工学专业名称：供热、供燃气、通风及空调工程导师姓名：郭淑青教授董向元副教授、职称２０１７年５月中原工学院学位论文原创性声明的研本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行，不究工作及取得的研宄成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外包含任何其他个人或集体己经公开发表或撰写过的研宄成果。

2、其他同志对本研宂的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。一。本人学位论文与资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任学位论文作者签名：年月日—．——－—■＝－——－—＿．中原工学院学位论文知识产权声明本人完全了解中原工学院有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文识产权单位属于中原工学院。学校有权保留并工作的知向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版＊本人允许论文被査阅或部分内容编入有关数据库进行检和借阅。学校可以

3、将本学位论文的全部和汇编本学位论文。索、缩印或扫描等复制手段保存，可以采用影印本＝？声明保密论文待解密后适用指导教师签名学位论文作者签名曰＜￥月日年月，彳７彡７授予单位代码:学号或申请号:密级:中原工学院硕士学位论文基于反应溶液资源化利用的麦秆水热碳化试验研究吴婷婷郭淑青教授董向元副教授指导教师：申请学位级别：硕士专业名称：供热、供燃气、通风及空调工程提交日期：2017年3月论文答辩日期：2017年5月培养单位:中原工学院学位授予单位:中原工学院中原工学院硕士学位论文摘要基于反应溶液资源化利用的麦秆水热碳化试验研究

4、摘要生物质水热碳化处理技术是利用至少处于饱和压力的热水快速将生物质转化为高含碳量和高热值的固体产物，可以实现固定有机碳和有效利用生物质能的目的。由于其产物用途广泛，受到了国内外研究者的广泛关注。随着该技术的发展和推广应用，液体产物的有效利用成为了急需解决的关键问题之一。因此，本文依托国家自然科学基金项目“湿解环境下生物质湿解残液中碳元素的迁移固存机制研究”，以麦秆为反应物料，回收麦秆水热碳化反应后的液体产物为溶剂，结合有机元素（CHNS）分析仪、X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）和热重（TG-DTG）分析仪对麦秆水热碳化

5、固体产物元素组成、化学官能团、微观结构以及热稳定性的测试结果，以及高效液相色谱与质谱联用仪(HPLC-MS)、离子色谱和碘量法对液相产物中5-羟甲基糠醛(5-HMF)和糠醛、乙酸、还原糖浓度的定量分析，在不同反应条件下，对反应溶液的资源化利用进行了全面系统研究。主要工作为：（1）建立了考虑灰分的生物质全组分反应动力学模型，并用麦秆在反应温度200~240℃，反应时间30~180min的水热碳化反应实验数据进行了模型验证，计算了麦秆水热碳化反应动力学参数，结果表明，生物质组分在水热碳化过程中相互作用，互相影响，麦秆半纤维素与纤维素的水

6、热反应的活化能分别为54kJ/mol和136kJ/mol。（2）在间歇式反应釜中，回收220℃和120min麦秆水热碳化反应溶液作为溶剂，在160~240℃，120min反应条件下，进行了麦秆的水热碳化试验研究。研究发现，随反应温度的升高，麦秆水热碳化固体产物产率与纯水环境时相比增加约2~5%，固体产物有序化、芳香化的程度以及热稳定性都有所增加。液体产物中还原糖浓度从7.572g/L下降至2.753g/L，乙酸浓度由2.698g/L增加至6.852g/L，而糠醛与5-HMF的浓度变化较小。乙酸的累积对水热碳化过程有催化作用，回收反应

7、溶液有益于液体产物中碳的固存和反应强度的降低。（3）以220℃和120min麦秆水热碳化反应溶液作为溶剂，进行了反应温度为220℃，停留时间为120min及液固比为30的反应条件下，反应溶液循环利用10次的麦秆水热碳化反应试验研究。研究结果表明，当反应溶液循环次数不断增加时，固体产物产率及固碳率也不断增加，固体产物的有序化程度、微晶结构接近石墨化程度、热稳定性均有所增加；水溶产物产率及碳质量分数不断减少，当反应溶液循环至6次以后，水溶产物产率为15%，碳质量分数为5%，变化幅度不大；液相产物中还原糖、糠醛和5-HMF的浓度不断减小，

8、而乙酸浓度则一直增加，在水热碳化反应中起催化剂的作用。当过程水循环至最后一次时，乙酸浓度达18.32g/L。I中原工学院硕士学位论文摘要（4）以添加量分别为0.5、1.0、2.0、4.0葡萄糖水溶液作为溶剂，在220℃，120min及