热解残炭负载镍基催化剂对生物质热解特性的影响研究(附件)【字数：8752】
自从工业革命以来，化石能源的使用造成了许多的问题，如水污染，空气污染，土壤污染，全球变暖等。随着人类文明社会的不断进步和人们对美好环境的迫切需求，就需要转变过去能源的依赖模式，向更加清洁，更加低碳的能源转型。在科技进步和环境需求的共同驱动下，合理开发和利用新型可再生的洁净能源已成为当前紧迫的研究课题。生物质能作为一种储量大、清洁、低碳的可再生能源，越来越受到更多的关注和研究。本实验以干燥后的稻壳为实验原料。通过浸泡法将六水硝酸镍负载到残炭从而制备催化剂。利用下吸式固定床，对催化剂与实验原料以10%，20%，30%的比例，进行反应。同时改变不同的催化剂，利用气相色谱分析其热解后的气体，研究热解残炭负载镍基催化剂对生物质热解的影响。研究发现残炭负载镍催化剂对合成气(H2+CO)的生成显著促进作用，发现镍离子的加入对H2的促进作用较CO更为显著。毕业设计说明书（论文）外文
目 录
1 绪论 1
1.1 生物质能及其特点 1
1.2 生物质利用方式 2
1.3 热解原理 3
1.4 生物热裂解影响因素 4
1.5 课题的提出 5
1.6 研究内容及思路 5
2 实验部分 5
2.1 实验原料及预处理 5
2.2 实验器材 7
2.3 实验步骤 8
2.4 实验结果与讨论 10
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
1 绪论
工业革命后，能源成为一大战略资源。各行各业的发展都是靠能源驱动的。其中，煤炭，石油和天然气占当今能源消耗的80％以上。在矿物能源的开采，运输和利用过程中，会造成各种污染。在石油的生产，储存，运输，炼制，加工和使用等一系列过程中，由于运行异常，维护或事故等原因造成不同程度的漏油，从而对大气，土壤和海洋造成损害。绝大多数的煤是通过燃烧进行利用，在煤的燃烧过程中，由于煤本身含有不同程度的硫化物。因此，在燃烧过程中会释放硫氧化物。同时，化石能源的燃烧都会放出大量的二氧化碳，大气中二氧化碳含量的提高是被认为是造成全球变暖的主要原因[1]。另一方面，2017年最新发布的世界能源统计报告显示[2]，截至201 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
6年底，煤目前可供开采153年，天然石能够保证52.5年的生产需要，全球石油能够保证50.6年世界消耗。因此，当今世界面临着既要保持能源消费的增长，也要把能源消费转向更低碳能源的双重挑战。
此外，我国虽然拥有960万平方千米的领土面积，但是化石燃料资源分布非常不平均，呈现出富煤少油少气的现状，天然气储采比为27，资源相对丰富，石油储采比为12，严重低于世界平均水平。我国还是一个传统的农业大国，农业主要以水稻、玉米、小麦为主，在收获季节时候，会有大量的农业废弃物产生。处理农业废弃物传统方式上主要以露天焚烧为主，这不仅造成了资源的极大浪费，伴随着露天焚烧也出现 了雾霭等恶劣环境。
1.1 生物质能及其特点
一般而言，生物质是指通过使用各种生物体的光合作用来利用大气，水和土地来生产各种生物体。换句话说，所有的生物有机物质都可以称为生物质。它包括植物、动物和微生物[3]。因此，生物质能源与化石能源不同，它是一种可再生能源。相比较煤而言，生物质中含有的氮、硫元素较少，在利用生物能过程中，不会产生太多的氮氧化物和硫氧化物。此外，在利用生物质过程中，虽然会放出二氧化碳，但是生物质生长的过程中会吸收二氧化碳，因此生物质能可以基本实现碳的零排放，是实现二氧化碳减排的技术手段之一[4]。此外生物质能还有具有总量丰富、分布广泛等特点，因此是被认为仅次于三大化石燃料的能源，具有极大的开发价值[5]。
1.2 生物质利用方式
图1 主要的生物质利用技术及各转化技术的主要产物[20]
生物质转化方法包括生化转化，物理转化和热化学转化。生物转化是通过酶或者微生物对生物质进行降解从而获得高品质能源。整个过程基本没有能量的输入，但是利用生物转化法常常需要耗费的大量的时间，并且需要大型发酵罐配合使用。物理转化是指对生物质进行压缩成型，生物质经过压缩成型后，能够获得较大的密度、耐久性也会变得更好，同时燃烧性能也优于之前。热化学转化技术被认为是生物质利用最有前景的技术之一[6]。热化学转化主要包括直接燃烧，气化和热解。
直接燃烧是最古老的生物质利用形式。在古代，人们通过直接燃烧木材来烧烤食物。随着社会的发展，人们不断改进燃烧的方式，逐渐发展出了省柴灶、炕连灶和燃池等先进设备。同时也可以通过直接燃烧生物质进行发电，但是通常生物质还有较高的水分，因此会对锅炉效率造成较大的影响。生物质通常分布较为分散，需要耗费较大的人力物力进行收集，对发电厂来说是一笔很大的开销。因此，直接燃烧生物质并不是一个行之有效的方法。
气化是指使用固体或含氧物质作为气化剂以由固体燃料中的碳氧化物产生可燃气体的过程。在这个过程中，碳和水蒸气的反应以及碳和氢的反应也伴随着。产出的气体主要是一氧化碳、氢气、甲烷等[7,8]。通过气化，低品位固体生物质可转化为高品位可燃气体，广泛应用于集中供气，供热，发电等工农业生产的各个领域。
生物质热解是指在缺氧或缺氧条件下生物质的热降解，从而形成易燃气体，生物质油和木炭[9]。气体产物主要包括CO、CO2、 H2、CH4以及一些轻烃分子[10]。其中H2和CO是合成气的有效成分，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物[11]。木炭可以作为良好的吸附材料。生物油可以用作柴油机，涡轮机等的替代燃料，并且可以从中提取高附加值的化学品。在全球低碳排放和能源需求增长的大背景下，热解作为一种可以生产燃料和合成气的技术，越来越受到国内外研究机构和相关学者的广泛关注[7,1214]。
1.3 热解原理
生物质的主要成分是纤维素，半纤维素和木质素以及其他微量元素[15]。为了便于说明，通常假定纤维素，半纤维素和木质素独立热分解。纤维素是大多数生物质的主要成分。纤维素的热解温度通常为280?380 ℃。一般认为，在热解过程中，纤维素首先转化为脱水纤维素，然后经历结构重排和二次反应。最后形成糠醛、呋喃类衍生物和醛酮类化合物，以及一些气体[16,17]。生物体中半纤维素的含量最低，质量分数为20％?35％，热解温度范围通常为200?260 ℃[15]。半纤维素结构复杂，反应产物种类繁多，并且不同来源的半纤维素结构成分也不尽相同，因此通常使用多种模化物来进行研究[18]。木质素反应温度区间为250~500 ℃。木质素由于其结构更为复杂且分子之间较为稳定，裂解相对困难，因此木质素主要是以产炭为主[19]，以及一些芳香类单体或是低聚体产物分子。实际裂解过程中，三种成分存在着相互作用，并且影响相互作用的因素主要有以下几种[20]：第一个组分不同。发现纤维素和半纤维素之间的相互作用强烈，其次是半纤维素和木质素，纤维素和木质素之间最弱。第二是温度的影响。在500 ℃作用最强，随后随温度上升先减弱又增强。第三个是升温速率，研究发现在20 ℃/min下作用最强。
目 录
1 绪论 1
1.1 生物质能及其特点 1
1.2 生物质利用方式 2
1.3 热解原理 3
1.4 生物热裂解影响因素 4
1.5 课题的提出 5
1.6 研究内容及思路 5
2 实验部分 5
2.1 实验原料及预处理 5
2.2 实验器材 7
2.3 实验步骤 8
2.4 实验结果与讨论 10
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
1 绪论
工业革命后，能源成为一大战略资源。各行各业的发展都是靠能源驱动的。其中，煤炭，石油和天然气占当今能源消耗的80％以上。在矿物能源的开采，运输和利用过程中，会造成各种污染。在石油的生产，储存，运输，炼制，加工和使用等一系列过程中，由于运行异常，维护或事故等原因造成不同程度的漏油，从而对大气，土壤和海洋造成损害。绝大多数的煤是通过燃烧进行利用，在煤的燃烧过程中，由于煤本身含有不同程度的硫化物。因此，在燃烧过程中会释放硫氧化物。同时，化石能源的燃烧都会放出大量的二氧化碳，大气中二氧化碳含量的提高是被认为是造成全球变暖的主要原因[1]。另一方面，2017年最新发布的世界能源统计报告显示[2]，截至201 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
6年底，煤目前可供开采153年，天然石能够保证52.5年的生产需要，全球石油能够保证50.6年世界消耗。因此，当今世界面临着既要保持能源消费的增长，也要把能源消费转向更低碳能源的双重挑战。
此外，我国虽然拥有960万平方千米的领土面积，但是化石燃料资源分布非常不平均，呈现出富煤少油少气的现状，天然气储采比为27，资源相对丰富，石油储采比为12，严重低于世界平均水平。我国还是一个传统的农业大国，农业主要以水稻、玉米、小麦为主，在收获季节时候，会有大量的农业废弃物产生。处理农业废弃物传统方式上主要以露天焚烧为主，这不仅造成了资源的极大浪费，伴随着露天焚烧也出现 了雾霭等恶劣环境。
1.1 生物质能及其特点
一般而言，生物质是指通过使用各种生物体的光合作用来利用大气，水和土地来生产各种生物体。换句话说，所有的生物有机物质都可以称为生物质。它包括植物、动物和微生物[3]。因此，生物质能源与化石能源不同，它是一种可再生能源。相比较煤而言，生物质中含有的氮、硫元素较少，在利用生物能过程中，不会产生太多的氮氧化物和硫氧化物。此外，在利用生物质过程中，虽然会放出二氧化碳，但是生物质生长的过程中会吸收二氧化碳，因此生物质能可以基本实现碳的零排放，是实现二氧化碳减排的技术手段之一[4]。此外生物质能还有具有总量丰富、分布广泛等特点，因此是被认为仅次于三大化石燃料的能源，具有极大的开发价值[5]。
1.2 生物质利用方式
图1 主要的生物质利用技术及各转化技术的主要产物[20]
生物质转化方法包括生化转化，物理转化和热化学转化。生物转化是通过酶或者微生物对生物质进行降解从而获得高品质能源。整个过程基本没有能量的输入，但是利用生物转化法常常需要耗费的大量的时间，并且需要大型发酵罐配合使用。物理转化是指对生物质进行压缩成型，生物质经过压缩成型后，能够获得较大的密度、耐久性也会变得更好，同时燃烧性能也优于之前。热化学转化技术被认为是生物质利用最有前景的技术之一[6]。热化学转化主要包括直接燃烧，气化和热解。
直接燃烧是最古老的生物质利用形式。在古代，人们通过直接燃烧木材来烧烤食物。随着社会的发展，人们不断改进燃烧的方式，逐渐发展出了省柴灶、炕连灶和燃池等先进设备。同时也可以通过直接燃烧生物质进行发电，但是通常生物质还有较高的水分，因此会对锅炉效率造成较大的影响。生物质通常分布较为分散，需要耗费较大的人力物力进行收集，对发电厂来说是一笔很大的开销。因此，直接燃烧生物质并不是一个行之有效的方法。
气化是指使用固体或含氧物质作为气化剂以由固体燃料中的碳氧化物产生可燃气体的过程。在这个过程中，碳和水蒸气的反应以及碳和氢的反应也伴随着。产出的气体主要是一氧化碳、氢气、甲烷等[7,8]。通过气化，低品位固体生物质可转化为高品位可燃气体，广泛应用于集中供气，供热，发电等工农业生产的各个领域。
生物质热解是指在缺氧或缺氧条件下生物质的热降解，从而形成易燃气体，生物质油和木炭[9]。气体产物主要包括CO、CO2、 H2、CH4以及一些轻烃分子[10]。其中H2和CO是合成气的有效成分，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物[11]。木炭可以作为良好的吸附材料。生物油可以用作柴油机，涡轮机等的替代燃料，并且可以从中提取高附加值的化学品。在全球低碳排放和能源需求增长的大背景下，热解作为一种可以生产燃料和合成气的技术，越来越受到国内外研究机构和相关学者的广泛关注[7,1214]。
1.3 热解原理
生物质的主要成分是纤维素，半纤维素和木质素以及其他微量元素[15]。为了便于说明，通常假定纤维素，半纤维素和木质素独立热分解。纤维素是大多数生物质的主要成分。纤维素的热解温度通常为280?380 ℃。一般认为，在热解过程中，纤维素首先转化为脱水纤维素，然后经历结构重排和二次反应。最后形成糠醛、呋喃类衍生物和醛酮类化合物，以及一些气体[16,17]。生物体中半纤维素的含量最低，质量分数为20％?35％，热解温度范围通常为200?260 ℃[15]。半纤维素结构复杂，反应产物种类繁多，并且不同来源的半纤维素结构成分也不尽相同，因此通常使用多种模化物来进行研究[18]。木质素反应温度区间为250~500 ℃。木质素由于其结构更为复杂且分子之间较为稳定，裂解相对困难，因此木质素主要是以产炭为主[19]，以及一些芳香类单体或是低聚体产物分子。实际裂解过程中，三种成分存在着相互作用，并且影响相互作用的因素主要有以下几种[20]：第一个组分不同。发现纤维素和半纤维素之间的相互作用强烈，其次是半纤维素和木质素，纤维素和木质素之间最弱。第二是温度的影响。在500 ℃作用最强，随后随温度上升先减弱又增强。第三个是升温速率，研究发现在20 ℃/min下作用最强。
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