《生物質低溫脫氧及其與熱解過程的關聯耦合機制研究》是依託華中科技大學，由楊晴擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物質低溫脫氧及其與熱解過程的關聯耦合機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊晴
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
低溫脫氧，通常指390℃以下的生物質熱預處理方式，能降低生物質含水量和含氧量，改善物化結構，提高熱化學反應性，對後續熱轉化過程有益。而熱解是實現生物質高質化利用的主要途徑之一，深入研究低溫脫氧過程機理，尤阿府棄其是脫氧機制，及其與後續熱解的關聯耦合機制是生物質熱轉化領域的關鍵問題。本項目以我國典型農業秸稈為研究對象，採用實驗研究、理論分析與模擬研究相結合，基於生物質分子組成和結構，從原料特性、纖維組成、關鍵基團的斷裂、氧元素的析出謎只諒堡路徑等角度，深入揭示秸稈低溫脫氧過程理化結構的演變機制和產物品質的調變機理，並把重點放在脫氧機制上；進而從熱解產物有效成分綜合富集的角度，研究其與後續熱解過程關聯耦合機制，並採用動肯囑樂趨態生命周期的方法對系統綜合能效進行最佳化分析，其研究結果將有助生物質熱預處理及熱解高效轉化理論與控制方法的建立，從而為生物質高質化利用技術的發展提供科學的依據，促進我國生物質資源高質化利用。
結題摘要
低溫脫氧可脫除生物質中的水分和過多的氧，同時提高生物質的能量密度和改善生物質的可磨性。鑒於此，本研究對生物質的脫氧特性以及脫氧對生物質熱解液化的影響進行了深入分析，並結合脫氧過程中生物質理化結構的演變揭示了生物質低溫脫氧機蘭阿烏制。經過大量的試驗研究和理論分析，該研究對生物質的高效預處理以及生物質的高質化利用提供了理論指導和可靠的科學參考。 研究了生物質模型組分以及天然生物質的低溫脫氧過程特性。研究發現，在低溫脫氧過程中，半纖維素快速失重（228-317℃），O主要以H2O和CO2的形式析出，纖維素的脫氧溫度較高（314-390℃），O的主要析出形式以CO和CO2為主，而木質素在低溫脫氧過程中失重較少，O主要以H2O的形式析出，玉米稈與棉稈具有相近的反應區間（220~385℃），O以H2O、CO和CO2等形式析出。 低溫脫氧過程中，半纖維素從230℃開始主要發生C-O官能團和OH的脫除，320℃時反應完全；纖維素在290℃後，OH和C-O官能團消失，同時生成大量的C=C、C=O官能團；木質素原樣具有較高的OH、C-O以及C=C官能團，隨著處理溫度升高，木質素各含氧官能團緩慢裂解脫除；棉稈在290℃後主要發生的是OH的脫除，而玉米稈則主要發生脫羰反應。 半纖維素主要脫氧溫度區間為230-260˚C，脫除了64.48%的氧，纖維素為290-320℃，脫除了46.32%的氧，木質素脫氧效果不明整獄府顯，390℃時僅脫除14.80%的氧，玉米稈和棉稈的主要脫氧區間分別在在260-390℃和260-350℃，分別脫除了65.49%和55.10%的氧；隨脫氧溫度的升頸笑高，熱值升高趨勢也很明顯，390℃處理後，纖維素、半纖維素、木質素、玉米稈、棉稈熱值分別提升了47.09%、58.71%、10.58%、31.88%、36.39%。 藉助快速熱解反應試驗平台對脫氧生物質的快速熱解液化特性進行了研究。研究表明，較低溫度脫氧處理（200-290℃）僅降低了生物質熱解油的產率，較高溫度脫狼說厚氧處理（320-390℃）還減少了熱解油中含氧有機物的種類和產量，提高了芳烴類物質的產量以及選擇性。 以生態熱力學的理論和方法為基礎，對低溫脫氧後生物質熱解多聯產系統的溫室氣體排放、化石能源投入、可再生性、生態足跡和環境影響等進行系統的分析與評價。結果表明，生物質熱解多聯產系統具有較好的可再生性，低碳效應和可持續性。
