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华中科技大学
硕士学位论文
生物质焦油的热裂解特性研究
姓名:江程程
申请学位级别:硕士
专业:环境工程
指导教师:肖波
2011-05-30
华中科技大学硕士学位论文

摘要
随着能源短缺、环境污染问题越来越严重,寻求新的可再生的清洁能源成为当
前紧迫的研究课题。在这样的背景之下,生物质能的研究与利用受到各国学者的广
泛关注,其中生物质热化学转化技术是实现生物质能量转化最快捷有效的途径,然
而生物质在热化学转化过程中所产生的焦油处理问题一直是制约该技术发展的主要
瓶颈。本文对生物质焦油的热裂解特性进行了研究,主要研究内容和成果如下:
生物质热解实验选用锯末为原料,从原料的元素分析和工业分析看出锯末中主
要元素为 C 和 O,有少量的 H 和 N;锯末的挥发分含量较高,固定碳的含量相对较
低,而水分和灰分的含量相对更低。研究了反应温度对焦油产量和化学成分的影响
规律,研究结果表明热解温度为 500℃时,生物质热解产生的焦油量最大,温度过高
或过低都有利于焦油的减少。焦油中碳氢化合物的成分主要是芳香烃和少量的脂肪
烃,含氧化合物主要是苯酚及其烷基衍生物,含氮化合物主要是吡啶、吡咯及其烷
基衍生物等杂环化合物。
采用锯末在热解温度为 500℃,氮气流速为 100 mL/min,固相停留时间为 10 min
条件下快速热解得到的焦油为原料,在氮气气氛下和氧气气氛下对焦油的热解特性
和燃烧特性进行了分析讨论。结果显示生物质焦油的热解特性表现为一个总的宽峰,
前半部分失重较快,后半部分失重较慢,热解过程总体可分为两部分;生物质焦油
的燃烧特性表现出两个峰,第一个峰较宽,第二个峰较尖,燃烧过程可分为三部分。
通过对焦油的热解机制分析可以发现焦油热解 30 s 和 2 min 后剩余物中主要为酚类
物质,另有少量脂肪烃类物质,而反应 2 min 后大部分物质已参与反应。
为了更进一步了解焦油的裂解特性,分别在氮气、水蒸气、二氧化碳三种气氛
下研究了固相停留时间、载气流量和反应温度对焦油的裂解特性影响。通过比较在
三种气氛条件下的焦油裂解反应发现,温度的上升和水蒸汽的加入明显促进了焦油
的裂解,而二氧化碳浓度过高则对生物质焦油的裂解产生了较为明显的抑制作用。

关键词:生物质、焦油、热重、热裂解
I
华中科技大学硕士学位论文

Abstract
With energy shortage and environmental pollution problems are getting more and
more serious, seeking new renewable clean energy has e an urgent research topic
currently. Under this background, the research and utilization of biomass energy are gotten
widely attentions by scholars from various countries, the thermochemistry conversion
technology of biomass is an effective way for biomass energy conversion, while the tar
derived from biomass thermochemistry conversion has always been a difficult problem in
this technology. The research about thermal cracking characteristics of biomass tar has
been done in this paper, the main contents and results are as follows:
Sawdust was chosen as raw materials for biomass pyrolysis experiments, something
could be found through the elemental and industrial analysis of sawdust that the main
elements in sawdust are C and O, there is a small amount of H and N; The volatile content
of sawdust