生物质焦油均相转化及其在焦炭中异相脱除的实验研究
发布时间：2024-03-11 01:10
我国农村具有丰富的秸秆资源。随着经济的发展，农村对能源的需求不断提高，开发以村为单位的小型生物质气化发电系统是解决这一矛盾的有效途径。当前焦油含量过高是制约生物质气化技术商业应用的瓶颈，二段式下吸气化炉具有气化效率高、焦油含量低的特点，但是，焦油在该炉内的转化及脱除机理仍不清楚，缺乏科学的设计理论和方法。因此，本文将针对二段式气化炉中焦油的转化和脱除机理展开深入研究，构建焦油均相转化路线图和焦油异相催化脱除机理。以揭示二段式气化炉焦油含量低的根本原因，为二段式气化炉工艺优化和运行提供理论依据和实践指导。 二段式气化炉采用部分氧化和炭层转化相分离的工艺来实现焦油的分步转化和脱除，但焦油的脱除是一个系统工程，其脱除不仅受焦油自身生成、转化规律的影响，同时还与转化气氛和起催化脱除作用的焦炭的化学活性密切相关。因此，为了研究热解段及喉口处焦油的生成及均相转化规律，本文针对气化炉内运行条件，在改进的固定床反应器中研究了热解段焦油的生成规律，以及喉口处不同气氛及含量对焦油的均相转化规律。结果表明热解温度及生物质种类是影响热解焦油成分的主要因素，热解焦油一般在500℃之前析出，其焦油成分以酚类、醛类...
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 焦油的定义和分类
1.3 焦油的生成及均相转化研究进展
1.3.1 热解焦油的生成
1.3.2 焦油的均相转化
1.4 焦炭微观结构及灰分随热解条件的演化规律研究进展
1.4.1 热解条件对焦炭微观物理结构特性的影响
1.4.2 热解条件对焦炭微观化学结构特性的影响
1.4.3 热解条件对碱金属及碱土金属的迁移规律
1.5 生物质焦对焦油的催化脱除研究进展
1.5.1 生物质焦与其它催化剂的对比
1.5.2 生物质焦对热解焦油的催化脱除
1.5.3 生物质焦对焦油模型化合物的催化脱除
1.6 本文的研究目标、内容和方法
1.6.1 研究目标
1.6.2 研究内容
1.6.3 研究方法
参考文献
第二章 生物质热解焦油的生成及其均相转化规律
2.1 引言
2.2 实验研究
2.2.1 实验原料
2.2.2 固定床反应器
2.2.3 实验方法
2.2.4 焦油的取样与分析
2.3 热解焦油的生成与转化
2.3.1 热解焦油的生成
2.3.1.1 温度及生物质种类的影响
2.3.1.2 粒径大小的影响
2.3.2 热解焦油的均相转化
2.3.2.1 不同气氛的影响
2.3.2.2 气氛浓度的影响
2.4 焦油成分的 GC/MS 分析
2.4.1 热解焦油成分的 GC/MS 分析
2.4.1.1 温度对稻秆热解焦油的影响
2.4.1.2 温度对松木热解焦油的影响
2.4.2 均相转化焦油成分的 GC/MS 分析
2.4.2.1 不同气氛的对比
2.4.2.2 温度的影响
2.4.2.2.1 温度对热裂解条件的影响
2.4.2.2.2 温度对 O2部分氧化的影响
2.4.2.2.3 温度对 H2O 重整的影响
2.4.2.2.4 温度对 CO2重整的影响
2.4.2.3 气氛浓度的影响
2.4.2.3.1 H2O 浓度的影响
2.4.2.3.2 CO2浓度的影响
2.5 典型焦油的定量分析
2.5.1 典型焦油成分的标定
2.5.2 热解条件下典型焦油的定量分析
2.5.3 均相转化条件下典型焦油的定量分析
2.6 焦油均相转化机理
2.6.1 初级热解焦油裂解转化的有机质谱解析
2.6.2 多环芳烃的生成及转化
2.6.3 不同气氛对焦油均相转化的影响
2.6.4 焦油均相转化路线图
2.7 本章小结
参考文献
第三章 生物质焦结构随生成条件的演化规律及其对焦炭反应性影响
3.1 引言
3.2 生物质焦的生成与分析
3.2.1 不同条件下焦炭的生成
3.2.2 生物质焦孔隙结构分析
3.2.3 生物质焦 FTIR 分析及碱金属测试
3.3 生物质焦微观物理结构的演化规律
3.3.1 热解条件对焦炭微观结构的影响
3.3.1.1 热解温度的影响
3.3.1.2 升温速率的影响
3.3.1.3 停留时间的影响
3.3.1.4 温度对已热解焦微观结构的影响
3.3.2 生物质种类对焦炭微观结构的影响
3.3.3 预处理对焦炭微观结构的影响
3.3.4 焦炭微观结构的分形分析
3.4 生物质焦微观化学结构的 FTIR 分析
3.4.1 焦炭化学结构的 FTIR 分析
3.4.2 焦炭化学结构的转化机理分析
3.5 生物质焦中碱金属迁移
3.6 本章小结
参考文献
第四章 生物质焦对焦油模型化合物的脱除机理研究
4.1 引言
4.2 实验装置与方法
4.2.1 实验原料
4.2.2 实验装置
4.2.3 实验步骤
4.2.4 分析及测试方法
4.3 萘在生物质焦层中的脱除
4.3.1 萘热裂解转化规律
4.3.2 不同温度下生物质焦对萘的转化
4.3.3 含混合气时生物质焦对萘的转化
4.3.4 不同预处理生物质焦对萘的转化
4.4 生物质焦特性在萘脱除过程中的演变
4.4.1 生物质焦的积炭
4.4.2 生物质焦孔隙随反应时间的变化规律
4.4.3 孔隙的分形维数
4.4.4 生物质焦反应活性的变化
4.5 生物质焦脱除焦油的催化作用机理
4.6 本章小结
参考文献
第五章 生物质焦脱除全焦油的规律研究
5.1 引言
5.2 实验系统
5.2.1 实验原料
5.2.2 实验方法
5.3 生物质焦对焦油的脱除
5.3.1 焦炭对焦油脱除的选择性
5.3.2 焦炭种类对焦油脱除的影响
5.3.3 温度对生物质焦脱除焦油的影响
5.3.4 停留时间对焦油脱除的影响
5.3.5 焦炭粒径对焦油脱除的影响
5.3.6 金属盐含量对焦油脱除的影响
5.4 生物质焦孔隙在焦油脱除中的变化
5.5 二段式下吸气化炉工艺改进方案及理论分析
5.6 结论
参考文献
第六章 全文总结
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望与建议
致谢
攻读博士期间发表的论文列表
本文编号：3925592
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 焦油的定义和分类
1.3 焦油的生成及均相转化研究进展
1.3.1 热解焦油的生成
1.3.2 焦油的均相转化
1.4 焦炭微观结构及灰分随热解条件的演化规律研究进展
1.4.1 热解条件对焦炭微观物理结构特性的影响
1.4.2 热解条件对焦炭微观化学结构特性的影响
1.4.3 热解条件对碱金属及碱土金属的迁移规律
1.5 生物质焦对焦油的催化脱除研究进展
1.5.1 生物质焦与其它催化剂的对比
1.5.2 生物质焦对热解焦油的催化脱除
1.5.3 生物质焦对焦油模型化合物的催化脱除
1.6 本文的研究目标、内容和方法
1.6.1 研究目标
1.6.2 研究内容
1.6.3 研究方法
参考文献
第二章 生物质热解焦油的生成及其均相转化规律
2.1 引言
2.2 实验研究
2.2.1 实验原料
2.2.2 固定床反应器
2.2.3 实验方法
2.2.4 焦油的取样与分析
2.3 热解焦油的生成与转化
2.3.1 热解焦油的生成
2.3.1.1 温度及生物质种类的影响
2.3.1.2 粒径大小的影响
2.3.2 热解焦油的均相转化
2.3.2.1 不同气氛的影响
2.3.2.2 气氛浓度的影响
2.4 焦油成分的 GC/MS 分析
2.4.1 热解焦油成分的 GC/MS 分析
2.4.1.1 温度对稻秆热解焦油的影响
2.4.1.2 温度对松木热解焦油的影响
2.4.2 均相转化焦油成分的 GC/MS 分析
2.4.2.1 不同气氛的对比
2.4.2.2 温度的影响
2.4.2.2.1 温度对热裂解条件的影响
2.4.2.2.2 温度对 O2部分氧化的影响
2.4.2.2.3 温度对 H2O 重整的影响
2.4.2.2.4 温度对 CO2重整的影响
2.4.2.3 气氛浓度的影响
2.4.2.3.1 H2O 浓度的影响
2.4.2.3.2 CO2浓度的影响
2.5 典型焦油的定量分析
2.5.1 典型焦油成分的标定
2.5.2 热解条件下典型焦油的定量分析
2.5.3 均相转化条件下典型焦油的定量分析
2.6 焦油均相转化机理
2.6.1 初级热解焦油裂解转化的有机质谱解析
2.6.2 多环芳烃的生成及转化
2.6.3 不同气氛对焦油均相转化的影响
2.6.4 焦油均相转化路线图
2.7 本章小结
参考文献
第三章 生物质焦结构随生成条件的演化规律及其对焦炭反应性影响
3.1 引言
3.2 生物质焦的生成与分析
3.2.1 不同条件下焦炭的生成
3.2.2 生物质焦孔隙结构分析
3.2.3 生物质焦 FTIR 分析及碱金属测试
3.3 生物质焦微观物理结构的演化规律
3.3.1 热解条件对焦炭微观结构的影响
3.3.1.1 热解温度的影响
3.3.1.2 升温速率的影响
3.3.1.3 停留时间的影响
3.3.1.4 温度对已热解焦微观结构的影响
3.3.2 生物质种类对焦炭微观结构的影响
3.3.3 预处理对焦炭微观结构的影响
3.3.4 焦炭微观结构的分形分析
3.4 生物质焦微观化学结构的 FTIR 分析
3.4.1 焦炭化学结构的 FTIR 分析
3.4.2 焦炭化学结构的转化机理分析
3.5 生物质焦中碱金属迁移
3.6 本章小结
参考文献
第四章 生物质焦对焦油模型化合物的脱除机理研究
4.1 引言
4.2 实验装置与方法
4.2.1 实验原料
4.2.2 实验装置
4.2.3 实验步骤
4.2.4 分析及测试方法
4.3 萘在生物质焦层中的脱除
4.3.1 萘热裂解转化规律
4.3.2 不同温度下生物质焦对萘的转化
4.3.3 含混合气时生物质焦对萘的转化
4.3.4 不同预处理生物质焦对萘的转化
4.4 生物质焦特性在萘脱除过程中的演变
4.4.1 生物质焦的积炭
4.4.2 生物质焦孔隙随反应时间的变化规律
4.4.3 孔隙的分形维数
4.4.4 生物质焦反应活性的变化
4.5 生物质焦脱除焦油的催化作用机理
4.6 本章小结
参考文献
第五章 生物质焦脱除全焦油的规律研究
5.1 引言
5.2 实验系统
5.2.1 实验原料
5.2.2 实验方法
5.3 生物质焦对焦油的脱除
5.3.1 焦炭对焦油脱除的选择性
5.3.2 焦炭种类对焦油脱除的影响
5.3.3 温度对生物质焦脱除焦油的影响
5.3.4 停留时间对焦油脱除的影响
5.3.5 焦炭粒径对焦油脱除的影响
5.3.6 金属盐含量对焦油脱除的影响
5.4 生物质焦孔隙在焦油脱除中的变化
5.5 二段式下吸气化炉工艺改进方案及理论分析
5.6 结论
参考文献
第六章 全文总结
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望与建议
致谢
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本文编号：3925592
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