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1、沈阳理工大学 硕士学位论文 生物质热裂解制取生物油的研究 姓名：孙玉凤 申请学位级别：硕士 专业：应化 指导教师：高虹 20100301 沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 生物质能资源技术的应用和开发已受到了人们的普遍重视。在众多可再生能 源中，生物质能来源广泛，它缓解了当前化石能源的紧缺，可将低品位的生物质 能转化成高品质的、高能量密度、清洁、无污染而且二氧化碳零排放的生物油液 体燃料。它改善了我国目前以化石燃料为主的能源生产和消费结构，提高了我国 广大农村地区的生物质能的利用效率。 本文阐述了生物质能源的特点及生物质能利用技术，详细概述了国内外生物 质热裂解制取生物油技术的研究现状。对生物
2、质原料的散粒特性进行了分析，主 要包括原料的粒径、堆积密度和休止角；并从动力学角度分析研究了生物质热裂 解反应的机理。 以红松、白松、落叶松、玉米秸秆等不同生物质为原料，对流化床反应器热 裂解制取的生物油进行了研究实验，得出了落叶松产油率最高，为 52.0%。通过 对生物油的物理特性和其成分的分析，得出的实验结果表明：红松制取的生物油 品质最好，热值高，含水率低，更适合进一步改性研究和应用，并利用现代精密 仪器 GC-MS 对生物油进行了组分分析，解释了生物油高含氧和高含水特性。 最后，我们又从动力学角度简单分析了纤维素、半纤维素、木质素的热解机 理及生物质的动力学模型的基本方程，并采用 Co
3、ats-Redfern 积分法计算生物质 及其组分的热裂解表观动力学参数，得出了红松、白松、落叶松、玉米秸秆的组 分拟合关系式和活化能等参数。结果表明，不同组分含量的生物质热解特征参数 是不同的，组分构成是影响生物质热裂解行为的最重要因素。 总之，通过对生物质热裂解制取生物油方面的基础性研究，对今后生物油改 性及其应用具有重要参考价值和实际意义。 关键词：GC-MS 分析，生物质，热裂解，生物油，动力学 沈阳理工大学硕士学位论文 ABSTRACT The exploitation and utilization of biomass energy resource technology hav
4、e been payed special attention by more and more people. It can relieve the pressure of fossil energy resources shortage, sometimes can convert low-quality biomass into bio-oil that has the character of high-quality, high energy density, cleanness and zero carbon dioxide emission. This paper introduc
5、ed the character of biomass and its technology of application, and summed up the research situation current of preparing bio-oil by pyrolysis biomass in detail in China and abroad. Physical characters of biomass material which include dentsity, caesural angle and granule distribution were analyzed.
6、The pyrolysis experiments were conducted adopting different sawdust as material and utilizing the fluidized bed reactor system of preparing bio-oil by pyrolysising biomass, in this study ,the best bio-oil yield is 52.0% in weight from Larch. By the analysis of physicochemical character of the bio-oi
7、l, the quality of pinus koroaiensic bio-oil is the best and fit into farther research and application. The bio-oil component from the experiment of biomass pyrolysis were analyzed with precising apparatus nowadays, an advanced means which is GC-MS analysis was used, explain high oxygen content and h
8、igh water content. We analyze the reaction mechanism of the cellulose, semi-cellulose, the lignin and the kinetic process, the kinetic models of samples were brought forward and the dynamic parameters of the samples were obtained. The apparent dynamic parameters show that different biomass component
9、 content constitution is one of the most impact factors on biomass pyrolysis behavior. key words: GC-MS analysis，biomass，pyrolysis， bio-oil，kinetics 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完 成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。 除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的 作品成果。对
10、本文的研究做出重要贡献的法律结果由本人承担。 作者（签字） ： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即： 沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学 位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期: 第 1 章 绪 论 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 引言 在各
11、种可再生能源中，具有广泛使用价值的能源是生物质能，大力开发与有 效利用生物质能，对促进自然界生态环境向着良性循环发展具有极大的潜力。生 物质本身具有一定的能量，并可转化成不同形式的能。生物质中可以被人们当做 能源加以利用的部分称为生物质能。作为研究对象的生物质，通常是指农业和林 业废弃物，如秸秆、稻壳、木屑、动物粪便及城市生活垃圾等 1。 二十世纪七十年代石油危机以来，人们开始研究各种替代能源产品。同时也 深刻地认识到，无节制地开采地下矿产，会造成我们人类社会资源的枯竭，给我 们人类生存的环境带来各种危害，如环境污染、温室效应、粉尘超标和酸雨等都 与不合理使用资源有关。因此，为了构建和谐社会，
12、为了造福子孙后代，必须兼 顾资源与环境保护双方面的问题，走可持续发展的道路。 目前，世界各国对生物质的开发使用都给予了极大的关注，联合国开发计划 署 （UNDP） 、 世界能源委员会、 美国能源部都把它当作发展可再生能源的首要选择。 人们普遍认为，生物质能有可能成为未来能源系统的支柱产业，大力研究开发使 用生物质能资源，是减少空气中二氧化碳的最重要的途径，应该充分利用所有可 以利用的生物质，把生物质能从“穷人的燃料”变成高品味的绿色能源 2，3。 生物质能源可以缓解人类所面临的能源危机、促进人类与环境和平共处，维 持经济可持续发展具有非凡的意义。生物质资源在我国非常丰富、它对环境污染 小，具有
13、重要的利用价值和经济价值。 1.2 生物质能资源的阐述及其特点 沈阳理工大学硕士学位论文 - 2 生物质是指一切有生命的可以生长的有机物质。生物质能是指植物经过水和 二氧化碳的光合作用，而生长的有机体中的能量 ，它是可再生能源。它通常包括 工业废弃物、农业废弃物、水生植物、城市生活垃圾等。从广义上讲，生物质是 指地球上生长的绿色植物。它和生长过程就是太阳能利用和转换过程，正是有了 这一生命过程，地球上的几十亿人口、几百万种生物的生命活动所需的食物和能 量才能不断得到供应。它的光合作用过程如下： 植物 水 + 二氧化碳 有机体 + 氧 太阳能 生物体利用空气中的二氧化碳和土壤中的水份，将吸收的太
14、阳能转化为生命 有机体和氧气的过程，光合作用是植物体生命得以生存的关键过程。没有了光合 作用，地球上就没有了动植物，也就没有了我们的人类社会。 生物质能就是来源于植物体，地球上的植物其蕴藏量极大，我国每年生产的 生物质量约为人类消耗化石能的几十倍，生物质所含能量的多少与很多因素有密 切的关系：生长地、气温、种类、生长周期、种植方法、抗病灾能力、光照时间 的长短、雨水的多少等等。人类要研究生物质能就得从生物学的基础开始，把那 些优等品种、 富含生物质能的植物开发出来， 才能更好地研究生物质能源的利用。 所谓生物质能，就是把一些生物质看作为一种能源，将蕴藏在其内部的化学 能尽可能地释放出来，来满足
15、人们对能源的最大需求。生物质能的独特形成过程 不同于常规的化石能源，又与其他新能源不同。生物质能资源具有独特的优势， 它具有可再生性、大量性和普遍性。有农业的地方就有生物质，有人类生存的地 方就有生物质，再造功能强，取材容易，生产过程简单。在太阳能辐射到的地方， 绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能就永远存在。生物质能资源是一种永 不枯竭的资源。此外，生物质能还具有清洁性、无污染性。在科学的指导下，合 理地使用生物质能有益于环境的保护。生物质能的利用能够实现二氧化碳的“零 排放” 。生物质能属于清洁的低碳燃料，其中含有的元素硫和氮均较低，同时灰分 份额也很小，所以燃烧后 SO2、NOx灰尘排放量比其它矿物燃料要小得多，有利 于环境的清洁。同时，植物经光合作用吸收大气中的 CO2和土壤中的水形成新的 生物质的碳水化合物，如将生物质燃烧利用，则大气中的氧和生物质的碳相互利 第 1 章 绪 论 - 3 - 用生成 CO2和水，这个过程是循环的，因此生物质是一种可再生资源，被视为取 之不尽，用之不竭的永久能源，在其利用的过程中没有增加环境中 CO2的含量， 因此称生物质为零污染、零排放和最具有优势、最吸引人的能源之一，也是生物 质对生态环境的最大贡献所在 4，5。 1.3 生物质能的利用技术 就目前而言，国内外生物质能利用技术主要
