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生物质能源作为可再生能源的重要组成部分,倍受世界各国的重视。生物质由纤维素、木质素和半纤维素组成,其中纤维素是生物质的主要成分,占所有组分的50%以上。纤维素由D-葡萄糖通过(1-4)-糖苷键相连而形成的高分子聚合物,分子结构明晰,因而纤维素热解特性成了人们研究生物质热解的重点。
本文采用SC2000气相色谱和热重分析,研究了纤维素热解的气态产物随温度、载气流量的变化规律以及不同升温速率和粒度下的热解特性,研究结果表明:
①纤维素热解产物中的主要气体成分为H2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2和C3H6。由于二次分解的作用,多碳氢的含量随温度的升高而减少,H2的含量增加,CO2的含量变化比较大,先增加后减少,CO的含量先增加后减少最终趋于缓和。总之随温度的升高,气体的总量趋于增加。
②当载气流量从0.1m3/h升高到0.11m3/h时,在纤维素热解气态产物中氢气的量有比较大的增长,从16%增加到42%,但是当载气流量增加到0.2m3/h时,比0.11m3/h又有所下降。一氧化碳的变化趋势恰恰相反。甲烷的变化趋势不明显,二氧化碳的含量也是先升高后降低。
③热解分为四个阶段,即水分解吸附,降低聚合度,主要热解段,残余物缓慢分解段。升温速率越快,热滞后越严重。不同粒度样品的实验表明粒度小的样品主要由化学反应决定热解特性,而粒度大的样品则是化学反应、传热和扩散等多因素控制热解特性。
本文还研究了钙盐和钾盐对纤维素热解的影响,探讨纤维素对金属离子的吸附情况。结果表明:与纯纤维素相比,加入钙盐和钾盐后,纤维素热解时气态物质量有所提高,钙盐和钾盐对纤维素的一次热解的影响比二次热解的影响要大,且纤维素热解开始温度有所降低。
最后探讨了纤维素热解的主要影响因素,研究表明催化剂存在和升温速率的影响较大。