摘 要

本文主要介绍了生物质利用及水热技术现状,对于生物质气化技术进行了简单的介绍，介绍了PY-GC/MS（快速热解-气相色谱-质谱联用仪）的原理及所用型号。实验采用牛粪取自武汉市江夏区东征畜牧养殖有限公司，实验所采用的反应装置为 GSH-L 型间歇式高温高压反应釜，购于烟台松岭有限公司，采用316 L不锈钢材质，反应器容积为500ml反应器的设计温度和设计压力分别为400℃和25 MPa，反应器由电炉加热，采用K型热电偶测得温度误差在±3℃。使用PY-GC/MS对于牛粪水热碳化产物在不同反应条件下的产率进行了深入的分析，做出产物谱图，利用turbomass和chemdraw处理实验数据。焦炭中主要含有醛类、酮类、酯类、酸类、呋喃、芳香烃、酚类和糖类物质，不同的焦炭其裂解产物的种类和产率也不相同。当水热温度低于240℃时，随着焦炭水热温度的提高，热解产物种类增加；当温度高于240℃时，焦炭热解产物种类逐渐减少，在低温水热条件下，适当延长热解时间有助于提高目标产物的产率。通过对不同温度下焦炭主要类型热解产物的分布情况，通过测试得到的数据进行半定量处理，可以看出主要含有27种较高产率的化合物，这些化合物都为纤维素、半纤维素和木质素热解产物。

关键词：水热技术、热裂解、热解产物、牛粪

ABSTRACT

This paper introduces the present situation of biomass utilization and hydrothermal technology, and introduces the biomass gasification technology，The principle and model of PY-GC / MS (rapid pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometer) are introduced. The experiment was carried out in Wuhan Jiangxia Dongzheng Livestock and Poultry Co., Ltd.. The reaction device used in the experiment was GSH-L intermittent high temperature and high pressure reactor, purchased from Weihai Jiayi Chemical Machinery Co., Ltd., using 316 L stainless steel , The reactor volume is 1 L, the design temperature and design pressure of the reactor are 400 ℃ and 25 MPa respectively. The reactor is heated by the electric furnace, and the temperature error is ± 3 ℃ by K type thermocouple. PY-GC / MS was used to analyze the yield of dairy cow hydrothermal carbonation products under different reaction conditions. The product spectra were made and the experimental data were processed by turbomass and chemdraw. Coke mainly contains aldehydes, ketones, esters, acids, furan, aromatic hydrocarbons, phenols and carbohydrates, different coke cracking products of its kind and yield are not the same. When the hydrothermal temperature is lower than 240 ℃, the pyrolysis products increase with the increase of the hydrothermal temperature of the coke. When the temperature is higher than 240 ℃, the pyrolysis products of coke are gradually reduced, and under the condition of low temperature hydrothermal condition, Pyrolysis time helps to increase the yield of the target product. Figure 2 and Figure 3 shows the distribution of the pyrolysis products of the main types of coke at different temperatures. The semi-quantitative treatment is carried out by the test data. It can be seen that the compounds containing 27 higher yields, Prime, hemicellulose and lignin pyrolysis products.

Keywords: hydrothermal technology, thermal cracking, pyrolysis products, cow dung.

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1生物质利用现状 1

1.1.1水热技术及其研究现状 1

1.1.2我国生物质利用的主要障碍 3

1.2 生物质气化技术 3

1.2.1生物质气化的基本定义 3

1.2.2生物质气化的基本原理 4

1.2.3生物质气化技术的分类 5

1.3 PY-GC/MS的国内应用 5

1.4本文研究内容 6

第二章 实验与数据处理 7

2.1实验材料 7

2.2 实验装置及方法 7

2.3 PY-GC/MS原理及型号 8

2.3.1工作原理： 8

2.3.2型号及优缺点 8

2.4仪器的应用 9

2.4.1PY-GC/MS操作方法 9

2.4.2采用的仪器型号以及反应条件 11

2.4.3 chemdraw和turbomass简介及应用 12

2.5数据处理 13

2.5.1turbomass应用实例 13

2.5.2利用Chemdraw得到不同产物的结构式图 15

第三章 水热焦炭热裂解特性 17

3.1产物分析 17

3.2不同热解条件下热解产物的分布 22

3.3反应温度对产物产率的影响 23

第四章 结论 24

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪论

1.1生物质利用现状

随着全球人类和经济的快速增长，人类对于能源的过度开发和利用导致了严重的环境问题^[1]。因此，低碳经济成为了每个国家致力的目标。作为一种清洁可再生能源的来源，生物质吸引了世界各地的能源机构的注意^[2]，“如何发展生物质经济”成为了众多学者的目标。 随着我国社会经济大力发展和城市化的进程，清洁可再生能源的开发使用已成为全世界所关注的热点。生物质能因为其总体含量大、分布广、二氧化碳零排放等特点^[3]，正在受到越来越多的重视。传统的生物质利用技术需要对原材料进行干燥，这样会增加设备的能源消耗与成本，大大制约了生物质能的发展空间。而水热技术作为一种新兴的生物质能利用技术，把水作为反应介质^[4]，在一定温度和压力下。将生物质转化为一系列高附加值产物（以水热焦炭为主）。相对于传统的生物质利用技术具有以下优点：反应条件温和、使用简便；原料不需要进行干燥；水热焦炭易于分离，且可应用于微/纳米炭材料、土壤改良和CO₂固定、污染物吸附脱除、电池电极材料等诸多领域^[5]。

1.1.1水热技术及其研究现状

1. 生物质水热技术简介

20世纪70年代，Modell指出亚/超临界水在氧化、水解和水热过程中具有特殊性，水的临界压力为22.1MPa,临界温度为374℃。此时水的理化性质产生了极大的变化，既具有气体的扩散性还具有液体的流动性，其密度、介电常数、黏度、扩散系数、电导率和溶解性都能不同于普通的水^[6]。在近临界或超临界条件下，水具有较高的反应活性，在临界区域水的特性会发生明显的变化，尤其是介电常数和离子积大幅度地下降^[7]，与此同时会改变水的溶解特性，使得有机物在水中的溶解度增大，离子化合物溶解度降低。

2.生物质水热气化技术

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