不同来源木质素的热解动力学研究——基于TG-FTIR分析开题报告

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1. 研究目的与意义

化石能源的日益枯竭、木质素的丰富储量、木质素科学的飞速发展决定木质素的经济效益的可持续发展性。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂，木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。研究木质素性能和结构的关系，利用木质素制造可降解、可再生的聚合物。

2. 国内外研究现状分析

热解气化是一种热化学反应技术，它通过气化装置的热化学反应，可将低品位的固体生物质转换成高品位的可燃气。自1839年世界上第一台吸式气炉问世以来，气化技术已有160多年的历史，但较大规模应用生物质热解气化技术，则始于20世纪30/40年代，第二次世界大战期间，为解决石油燃料的短缺，用于内燃机的小型汽化装置得到广泛使用。从七十年代初开始，受石油危机影响，这一技术有了新的发展。在本世纪四十年代初期，我国部分地区曾以木炭和木块为燃料经气化驱动民用车辆，五十到六十年代初期，我国部分城乡曾以木质燃料气化驱动内燃机，取代柴油和汽油，用于驱动汽车和提水发电设备。现在，它作为矿物能源的补充能源更加受到各国重视。

国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较复杂，以发电和供热为主，如加拿大摩尔公司设计和发展的固定床湿式上行式气化装置、加拿大通用燃料气化装置有限公司设计制造的流化床气化装置、美国标准固体燃料公司设计制造的炭化气化木煤气发生系统等等。目前，在该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利、德国等。美国近年来在生物质热解气化技术方面有所突破，研制出了生物质综合气化装置-燃气轮机发电系统成套设备，为大规模发电提供了样板。

目前，我国使用的生物质热解气化技术，主要有固定床、流化床和直接干馏热解三种工艺形式。固定床工艺一般采用空气为气化剂，这类工艺，不论是上吸式、下吸式或是平吸式的气流方式，都有设备结构简单、易于操作，可以实现多种生物质原料的热解气化、投资少等特点。但是得到的生物质燃气热值低，且生物质气中焦油含量高，容易造成管路堵塞。分析其原因，主要有两方面：第一，由于工艺路线局限，多采用空气为气化剂，得到的生物质气中氮气含量高，通常在50%左右；第二，由于生物质原料有些不利于气化因素，如生物质原料挥发分含量高、固定碳含量相对较低，使得获得的生物质气体中焦油含量高，而且，生物质原料容重小等等。

3. 研究的基本内容与计划

本论文旨在利用不同算法对木质素热解过程进行分析，从中寻找到最适合本次反应的机理函数，并求出相应的动力学参数，为木质素热解利用技术提供理论帮助。

（1）利用热重-红外联用技术将木质素在不同的升温速率下（10,20，40,60,80k/min）进行热解，得到木质素质量随温度变化的热解数据。

（2）将热解数据分别代入各反应机理函数中，进行线性回归计算，求得相应的表观活化能e，指前因子a，相关系数r等。根据相关系数找出最佳机理函数。

4. 研究创新点

1、首次系统研究了三种不同来源木质素的热解规律，找出碱木质素，酸析木质素和磺化木质素反应差异，并尝试解释机理。

2、系统采用国际通用的微分、积分法对木质素热解动力学模型的研究，得出了木质素热解动力学研究的不同方法的可行性。