【正文】 tics of lignite and hazelnut shellduring copyrolysis[J]. Fue,l 20xx,86(3): 373380. [22] VAMVUKA D, KAKARAS E, KASTANAKIE, GRAMMELIS P. Pyrolysis characteristics and kiics ofbiomass residualsmixtureswith lignite[J]. Fue,l 20xx,82(2): 19491960. [23] 任強(qiáng)強(qiáng) ,趙長(zhǎng)遂 .升溫速率對(duì)生物質(zhì)熱解的影響 [J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào) , 20xx,36(2): 232235.(REN Qiangqiang, ZHAO Effectofheating rate on biomasspyrolysis[J]. JournalofFuelChemistry andTechnology, 20xx,36(2):232235. ) [24] VRHEGYIG, ANTALM J JR, JAKAB E, SZABdP. Kiicmodeling ofbiomasspyrolysis[J]. JAnalApplPyrolysis, 1997,42(1): 7387. 。本實(shí)驗(yàn) 以 CO2含量低、醛酮和芳香含量高為擇優(yōu)標(biāo)準(zhǔn) 主要得出以下結(jié)論 : （ 1）葵花稈 最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為 600℃ ，反應(yīng)時(shí)間為 。 600℃熱解條件下： CO醛酮類物質(zhì)在 ； 醇類和酸類在 現(xiàn)最小值；芳香類在 ；脂類含量相差不大，但在 ；雜環(huán)類在 ； 烴類和其他類物質(zhì)含量普遍較低 。 25 圖 小麥稈在熱解溫度為 300℃ 下的產(chǎn)物 分析 （ wt.%） 圖 小麥稈在熱解溫度為 400℃ 下的產(chǎn)物 分析 （ wt.%） 26 圖 小麥稈在熱解溫度為 500℃ 下的產(chǎn)物 分析 （ wt.%） 圖 小麥稈在熱解溫度為 600℃ 下的產(chǎn)物 分析 （ wt.%） 27 圖 小麥稈在熱解溫度為 700℃ 下的產(chǎn)物 分析 （ wt.%） 300℃熱解條件下： CO2的含量 在 ； 醛酮類 在 出現(xiàn)最小值 ； 芳香 類在 最大值 ； 醇類 物質(zhì)在 ； 脂類在 產(chǎn)物， 在 最低 ； 四個(gè)裂解時(shí)間均為出現(xiàn)酸類物 質(zhì)；雜環(huán)類物質(zhì)在 量最低；四個(gè)裂解時(shí)間均出現(xiàn)大量其他物質(zhì)，且在 ；烴類物質(zhì)含量相差不大。 熱解分析 溫度 時(shí)間 CO2 醇類 脂類 酸類 醛酮 芳香 烴類 雜環(huán) 其他 300℃ 400℃ 500℃ 19 600℃ 700℃ 10 7 表 葵花稈不同熱解條件下的產(chǎn)物 分類 總結(jié) （ wt.%） 由 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知 ，葵花稈的熱解產(chǎn)物中 CO醛酮類、芳香類的相對(duì)含量比較高一些，酸類、醇類、脂類的含量次之，雜環(huán)、烴類、其他物質(zhì)的含量最少。 由 DTG曲線 可以看出葵花稈和小麥稈的雙峰不是很明顯，玉米稈出現(xiàn)了好幾個(gè)峰。 2） 熱解產(chǎn)物相對(duì)含量和絕對(duì)質(zhì)量的 計(jì)算，計(jì)算公式如下： 相對(duì)含量 = 峰面積 / 總峰面積 絕對(duì)質(zhì)量 = 峰面積內(nèi)標(biāo)質(zhì)量 / 內(nèi)標(biāo)峰面積 17 3 結(jié)果與 分析 工業(yè)分析與元素分析 葵花稈和玉米稈的水分含量相差不大，小麥稈的水分含量較低，半焦的水分含量最低。 生物質(zhì)的快速熱裂解 1） 裂解條件 實(shí)驗(yàn)采用日本 FRONTIER LAB 生產(chǎn)的 PY2020iS 單擊式裂解器，裂解條件見表 2） 色譜條件 15 色譜柱： Agilent 19091S433: 5% Phenyl Methyl Silox325 176。 研究?jī)?nèi)容如下： 1） 生物質(zhì)的工業(yè)分析及元素分析 ； 2） 生物質(zhì)的熱重 分析研究； 3） 生物質(zhì)的快速熱裂解研究及其產(chǎn)物分析 ； 4） 葵花稈與半焦進(jìn)行不同比例的摻混，對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析。 熱解主要化學(xué)反應(yīng) 1） 碳的化學(xué)反應(yīng) 碳燃燒釋熱的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為 4C+3O2 = 2CO2+2CO 3C+2O2 = 2CO+CO2 C+CO2 = 2CO162kJ 2CO+O2 = 2CO2+571kJ 這四個(gè)反應(yīng)在生物質(zhì)燃燒和氣化過(guò)程中同時(shí)交叉和平行的進(jìn)行著。 生物質(zhì) 成分 主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，通過(guò)較弱的醚鍵互相結(jié)合而成的具有大分子結(jié)構(gòu)的聚合物，其結(jié)合鍵能較小，熱解過(guò)程中容易斷裂。 由于絕大多數(shù)油料作物都有非常強(qiáng)的適應(yīng)性和耐寒性，種植技術(shù)簡(jiǎn)單，植物油儲(chǔ)存和使用安全，所以世界很多國(guó)家都把轉(zhuǎn)基因向日葵、油菜和大豆作為近期利用的能源作物。如奧地利成功推行了建立燃燒木材剩余物的區(qū)域供電站的計(jì)劃，到目前為止該國(guó)已擁有裝機(jī)容量為 1～ 2MW 的區(qū)域供熱站80～ 90 座，年供應(yīng) 1 107 焦耳的能量，生物質(zhì)能在總能耗中的比例又原來(lái)大約 %激增到 10%以上，并打算在十年內(nèi)增加到 25%；瑞典和丹麥正在實(shí)行利用生物質(zhì)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的計(jì)劃，使生物質(zhì)能在轉(zhuǎn)換為高品位電能的同時(shí)滿足供熱需求，以大大提高其轉(zhuǎn)換效率，如瑞典區(qū)域供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)所消耗的燃料 26%是生物質(zhì)，能 量轉(zhuǎn)換率達(dá)到 95%；美國(guó)在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處于世界領(lǐng)先地位，早在 1992 年，利用生物質(zhì)發(fā)電的電站就有 1000 家，發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá) 650 萬(wàn)千瓦，年發(fā)電 42 億度，消耗 4500 萬(wàn)噸生物質(zhì)燃料。利用生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)液體燃料乙醇的技術(shù)，主要分糖和淀粉原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇及轉(zhuǎn)化纖維素生產(chǎn)乙醇。氣化主要是在高溫下獲得最佳產(chǎn)率的氣體，產(chǎn)生的氣體中主要含有 CO、 H CH4，以及少量的 CO2 和 N2。 生物質(zhì) 轉(zhuǎn)化利用途徑主要包括燃燒、熱化學(xué)法、生化法、化學(xué)法和物理化學(xué)法等，可轉(zhuǎn)化為二次能源，分別為熱量或電力、固體燃料（木炭或成型燃料）、液體燃料（生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油等）和氣體燃料（氫氣、生物質(zhì)燃?xì)夂驼託獾龋? 了解了生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成 對(duì) 研究生物質(zhì)水解比較有用 ，同時(shí)可以合理利用水解產(chǎn)物，這對(duì)生物質(zhì)水解本身是很有價(jià)值的。由 于生物質(zhì)秸稈是由纖維素，半纖維素和木質(zhì)素組成， 秸稈經(jīng)發(fā)酵可以產(chǎn)生更多有機(jī)物作食用菌的基料培養(yǎng)菌種。 生物質(zhì)秸稈本身含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。自然界的碳經(jīng)過(guò)光合作用進(jìn)入到生物界，生物界的碳通過(guò)三個(gè)主要途徑即燃燒、降解和呼吸又回到自然界，從而構(gòu)成碳元素循環(huán)鏈。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)能資源十分豐富，其中農(nóng)作物秸稈有玉米秸、高粱稈、稻草、麥稈、葵花秸稈、棉花秸稈、花生殼、瓜籽皮、玉米芯等農(nóng)作物副產(chǎn)品。這些廢棄物只有少量采用生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)轉(zhuǎn)化成沼氣、氫氣、燃料乙醇、生物柴油、電能等清潔能源，仍有大量的生物質(zhì)能源被廢棄和浪費(fèi)。 若以 CO2含量低、烴類含量高為擇優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，則三種生物質(zhì)最佳熱解條件為： 葵花稈： 熱解溫度 為 600℃ ， 熱解 時(shí)間為 ；小麥稈：熱解溫度 為 300℃ ， 熱解 時(shí)間為 ；玉米稈：熱解溫度 為 500℃ ， 熱解 時(shí)間為 。 I 論文題目 : 生物質(zhì)快速熱裂解 的應(yīng)用研究 專 業(yè) : 應(yīng)用化學(xué) 0902 本 科 生 : 簽名 : 指導(dǎo)教師 : 簽名 : 摘 要 隨著 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速 發(fā)展， 人類正面臨著巨大的能源與環(huán)境壓力。若 以 CO2含量低、醛酮和芳香含量高為擇優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)， 則三種生物質(zhì)最佳熱解條件為： 葵花稈： 熱解溫度 為 600℃ ， 熱解 時(shí)間為 ； 小麥稈： 熱解溫度 為 300℃ ， 熱解 時(shí)間為 ； 玉米稈： 熱解溫度 為 500℃ ， 熱解 時(shí)間為 。 我國(guó)農(nóng)村的生物質(zhì)能資源品種多、數(shù)量大而且分布廣，各種林業(yè)廢棄物、能源作物、城市有機(jī)生活垃圾以及畜禽糞便等每年產(chǎn)量達(dá) 20多億噸。 2 生物質(zhì)資源是非常豐富的可再生能源，它作為化石能源的補(bǔ)充能源，同時(shí)也是清潔可再生能源。 礦物燃料通過(guò)燃燒或降解把原為地下的固定碳釋放出來(lái)，并以 CO2 的形式累積于大氣環(huán)境，從而造成溫室效應(yīng)。 生物質(zhì)的密度一般比較小，它的質(zhì)地比較疏松，容易燃燒，而且燃燒很充分，灰渣中含碳量一般很少，由于密度小，單位質(zhì)量時(shí)它的體積比較大，給運(yùn)輸造成一定的困難，而且也給燃燒爐體積帶來(lái)許多問(wèn)題，比如需要更大空間的燃燒室，需要儲(chǔ)灰爐更大等一些問(wèn)題。 （ 2）秸稈被用作制備飼料和食用菌種基料技術(shù)主要利用生物質(zhì)秸稈自己的大量有機(jī)物質(zhì)可以被動(dòng)物所消化，這樣為飼料業(yè)提供了更多的原料來(lái)源。木質(zhì)素分子量比較大，而且沒(méi)有易水解的鍵， 通常采用多種物理和化學(xué)方法脫除 木質(zhì)素。 目前，世界各國(guó)，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，都在致力于開發(fā)高效、無(wú)污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)，保護(hù)本國(guó)的礦物能源，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供根本保障 [13,14]。生物質(zhì)在缺氧加熱或部分氧存在時(shí)燃燒，可以產(chǎn)生烴類化合物富集的氣體混合物、油狀的液 6 體和富碳的固體殘余。目前厭氧發(fā)酵主要分生物質(zhì)發(fā)酵制沼氣技術(shù)及垃圾填埋技術(shù)。 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)受到廣泛重視。多年研究表明，原產(chǎn)我國(guó)及東南亞國(guó)家的芒草類植物是比較理想的能源物質(zhì)，目前已被歐洲、美國(guó)、日本作為能源植物加以研究、試驗(yàn)和開發(fā)利用，廣泛用于造紙、建筑材料和發(fā)酵等。 生物質(zhì)的熱解及其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化是開發(fā)利用生物質(zhì)能的有效途徑之一 [16]。其中纖維素，半纖維素的熱解產(chǎn)物主要是揮發(fā)性物質(zhì)，木質(zhì)素的熱解產(chǎn)物是炭。將 三種 生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理后，利用 PyGC/MS 進(jìn)行快速熱裂解并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析， 得出每種 生物質(zhì) 的最佳熱解條件 。熱解實(shí)驗(yàn)在高純氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行，流量為 50 L/min ，程序升溫速率 20 ℃ /min ，熱解終溫 700 ℃。 1） 原料的水分、灰分、揮發(fā)分按照 GB/T212— 20xx 計(jì)算，計(jì)算公式如下： %1001 ?? mmMad () %1 0 02 ?? mmAad () adad MmmV ??? %1 0 03 () 式中： m —— 空氣干燥煤樣質(zhì)量， g； 16 m1 —— 煤樣 干燥后減少的 質(zhì)量， g； m2 —— 灼燒后殘留物的 質(zhì)量， g； m3 —— 煤樣加熱后減少的 質(zhì)量， g； Mad—— 空氣干燥 煤樣 的水分 的 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， %； Aad—— 空氣干燥煤樣的灰分的 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， %； Vad—— 空氣干燥煤樣的揮發(fā)分的 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， %。 由 TG曲線 可知 玉米稈的失重最明顯，其次是葵花稈，小麥稈 18 的失重最小。煤熱解溫度段 (350℃～ 650℃ )高于生物質(zhì)熱解溫度段 (200℃～ 550℃ ),熱解固體產(chǎn)物高 ,揮發(fā)分析出速率明顯低于生物質(zhì)。[oxy bis(2,1ethanediy loxy )]bis 16412398 % % 13 Toluene 32185043 % % 14 1Hy droxy 2butanone 52860600 % % 15 2Propanone, 1hy droxy 81173826 % % 16 Propy lamine, N,N,2,2tetramethy l, Noxide 79051101 % % 17 1Isopropy ldiaziridine 15119257 % % 18 Propanoic acid, 2oxo, methy l ester 23102960 % % 23 19 2Cy clopenten1one 63858960 % % 20 2Propanone, 1(acety loxy ) 25126838 % % 21 2Cy clopenten1one, 2methy l 14564980 % % 22 2Cy clopenten1one, 2hy droxy 3methy l 48681427 %