基于Py-GC-MS/TG的葵花秆催化热解研究

作     者：张会宽 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周安宁;陈福欣;贺永德

授予年度：2015年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：葵花秆 Py-GC/MS 机理 TG 机理函数 结构 

摘      要：为高效利用生物质能,目前已开展了生物质气化、发电、热解多联产在内的系列研究,其中生物质热解受到最为广泛的关注,这是因为热解不仅是生物质转化为液体燃料或者高附加值化学品最为重要的途径,而且也是生物质其它热转化的关键步骤。生物质热解机理是制约生物质转化的关键。本文主要利用陕北丰富的葵花秆资源,通过对其进行热解产物分析与热失重分析,探究了葵花秆热解产物生成机理及热解动力学。(1)采用Py-GC/MS热解分析方法,研究了热解温度与时间对纤维素、木聚糖、木质素的热解产物分布影响。结果表明:热解温度对纤维素、木聚糖和木质素的热解产物分布影响较大,热解时间对热解产物分布影响较小;纤维素热解产物主要是脱水糖和脱水糖衍生物。木聚糖热稳定性较差,主要热解产物中直链化合物最多,其次是含氧杂环类化合物,其中酚类与酮类化合物含量较少。木质素的热解过程较复杂,热解产物中酚类物质最多,其中低沸点物质较少。(2)采用TG热分析方法,探究了纤维素、木聚糖和木质素的热解动力学。通过非模型动力学法求得其热解反应活化能分别为:182.93-214.35 KJ/mol;129.79-207.32KJ/mol;139.02-273.16 KJ/mol;并利用非模型动力学与模型动力学对三组分热解动力学参数进行分析,求得结果:纤维素热解机理模型为三维扩散;木聚糖热解机理模型为相边界反应;木质素热解机理模型为随机成长与后随后成核。(3)探究了热解因素(温度、时间、催化剂)对葵花秆热解产物的分布影响。结果表明:热解温度与时间对葵花秆热解的影响规律与三组分的规律相似。葵花秆热解过程比三组分的热解过程较复杂,葵花秆催化热解过程中存在交叉与交联反应,热解产物主要以酚类物质和直链化合物为主。热解温度为300℃时主要生成高沸点物质较多,热解温度为400-600℃生成大量低沸点物质。4种催化剂对葵花秆热解都有一定的催化效果。其中Mo/Z和LCNF的催化效果最好,能够明显提高催化裂解反应,其中CO2含量明显高于葵花秆热解生成的量。(4)研究了葵花秆的单独热失重和葵花秆催化热失重,分析结果:葵花秆热解活化能范围:210.15-245.87 KJ/mol;葵花秆热解机理模型为随机成长与随后成长;利用4种催化剂对葵花秆进行催化热重分析,结果表明:Mo/Z和LCNF催化效果最好。当转化率在0-26%时,LCNF效果最好,当转化率高于26%时,Mo/Z的效果最好。