甘蔗渣热解特性及气化反应研究开题报告

全文总字数：3780字

1. 研究目的与意义

我国是一个以煤为主要能源的国家，但随着大量使用矿石燃料带来的环境问题日益严重，人们开始重视生物质能的开发和利用。地球上生物质能蕴含量十分丰富，根据生物学家的估算，地球上每年生长的生物质能总量约1400~1800亿吨（干重），约为现在全世界每年能源消耗总量的10倍，而作为能源利用的量还不到其总量的10%，开发潜力巨大。

甘蔗渣是制糖工业的废弃物，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其中可溶性糖、蛋白和淀粉含量较少。甘蔗渣通常含干物质90%~92%，粗蛋白质2%，粗纤维44%~46%，粗脂肪0.7%，无氮浸出物42%，粗灰分2%~3%。与农作物秸秆相比，甘蔗渣的农药残留量很低，但是它的木质化程度较高。

中国是仅次于印度和巴西的第三大甘蔗种植国家，南方甘蔗区甘蔗的总产量可达7000多万吨。因此甘蔗渣的来源广泛，较易获得，应用前景十分广阔。

2. 国内外研究现状分析

1.生物质热解的研究进展

近些年来，国内一些学者分别针对不同多种生物进行了一系列研究。冯剑等人曾在固定床反应器（马弗炉）中研究热解锯末氢气产率的变化，发现锯末热解过程可以分为缓慢释放阶段，快速释放释放阶段和持续释放阶段。其中低温阶段，反应的活化能较大，高温阶段反应的活化能较小。刘荣厚等人则使用热重分析仪对花生壳在不同升温速率下的热解剩余物进行了红外光谱分析，发现在450～600℃内花生壳热解过程已经基本完成，气体产物基本挥发完毕，所剩固体产物主要以炭和灰分为主。此外，陈宏伟等人对玉米秸秆的热解也进行了一定的研究。国外学者中，apaydin-varo等人研究了开心果壳的慢速热解过程，发现热解焦油的产率在500～550℃时达到最大。blasi等人对农业废弃物（包括小麦秸秆、橄榄壳、葡萄渣和稻壳等多种生物质）以及木屑进行了慢速热解研究，发现生物质的种类也会对热解产物的组分和比重产生很大影响，其中木屑等高木质素、高灰分生物质具有更高的焦炭产率，并且在多种不同物种的生物质中，木材是液体产率最高的物种（在577℃时可达53wt.%）。但也有研究表明慢速热解木材的液体产率在低温段随着热解温度的上升而明显增加，而在高温段产率就几乎不再发生变化。

尽管关于生物质热解的研究报告数量巨大，成果颇丰，但不少实验现象仍无法准确解释，还存在不少质疑、争论。鉴于生物质热解的复杂性、重要性，仍有不断深入研究、探讨的空间。

3. 研究的基本内容与计划

本课题利用同步热分析仪对甘蔗渣试验原料在氮气氛围下进行热解试验。通过对热解过程TG-DTG-DSC曲线的研究，研究甘蔗渣在热解过程中的行为特征，分析热解机理及反应活化能，并取得相关方程和特征参数，主要内容包括：热解温度区间、热解质量变化梯度挥发分初始析出温度、最大失重速率等，分析热解过程，求解热解特征参数及动力学参数，研究不同升温速率（10、20、30和50℃/min）对热解特性的影响。

利用管式炉对甘蔗渣进行慢速热解的实验。收集甘蔗渣热解气体产物，并对气体产物进行成分分析。通过添加不同添加剂来提高甘蔗渣气化效率。

4. 研究创新点

探索如何提高气化产物收集率，寻求高效精制技术，提高生物气品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质气化反应机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。