生物质组分热裂解 [Pyrolysis of Biomass Components] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　生物质是可用于大规模制取液体燃料的含碳可再生能源资源，通过生物质热化学转化高效制取生物质基液体燃料将极大缓解我国石油供应短缺的局面，有助于我国能源结构的优化和生态环境的保护。《生物质组分热裂解》以著者多年的科研成果为基础，借鉴国内外同行的大量研究工作，从生物质组分角度出发对生物质热裂解原理进行了系统阐述。首先介绍了生物质的组分分布及其基本结构和特性，继而分别针对三大组分，详细讨论了工况参数对组分热裂解的影响，探讨了基于动力学模型、产物生成途径和分子层面理论模拟的组分热裂解机理。在此基础上，进一步探讨了组分交叉耦合，生物质内在无机盐、抽提物，以及外加催化剂对热裂解行为的影响规律。最后叙述了不同种类生物质的热裂解行为及热裂解液化特性，并介绍了基于分子蒸馏分离的生物油分级改性的新研究成果。
　　《生物质组分热裂解》可作为从事生物质能研究和应用的相关人员的参考书，同时也可作为相关专业高年级本科生和研究生的教材和参考书。

内页插图

目录

前言

第1章 生物质的组分及其特性
1．1 生物质组分
1．1．1 生物质的成分分析
1．1．2 生物质的组分分布
1．2 纤维素
1．2．1 纤维素的结构
1．2．2 纤维素的特性
1．2．3 纤维素模化物及纤维素的提取
1．3 半纤维素
1．3．1 半纤维素的结构
1．3．2 半纤维素的特性
1．3．3 半纤维素模化物及半纤维素的提取
1．4 木质素
1．4．1 木质素的基本结构
1．4．2 木质素的特性
1．4．3 木质素模化物及代表性木质素的提取
1．5 抽提物
1．6 无机盐
1．6．1 无机盐的组成
1．6．2 无机盐的洗除
1．7 生物质原料中的水分
参考文献

第2章 纤维素热裂解
2．1 纤维素热裂解基本过程
2．1．1 纤维素热裂解概述
2．1．2 纤维素主要糖类模化物的热裂解
2．2 不同因素对纤维素热裂解行为的影响
2．2．1 反应温度的影响
2．2．2 停留时间的影响
2．2．3 酸洗预处理的影响
2．2．4 其他因素的影响
2．3 纤维素热裂解反应动力学模型
2．3．1 一步全局反应模型
2．3．2 两步反应模型
2．3．3 多步综合反应模型
2．4 活性纤维素
2．4．1 活性纤维素的获取与表征
2．4．2 不同因素对活性纤维素性质的影响
2．5 基于产物生成的纤维素热裂解机理
2．5．1 左旋葡聚糖的生成机理
2．5．2 5一羟甲基糠醛和糠醛的生成机理
2．5．3 乙醇醛和1一羟基-2-丙酮的生成机理
2．5．4 小分子气体产物的生成机理
2．6 计算化学在纤维素热裂解机理中的应用
2．6．1 纤维素单体热裂解的模拟
2．6．2 纤维二糖、纤维三糖热裂解的模拟
2．6．3 具有周期性结构的纤维素晶体热裂解的模拟
参考文献
本章附表

第3章 半纤维素热裂解
3．1 半纤维素热裂解基本过程
3．1．1 基本糖结构单元的热裂解
3．1．2 木聚糖等聚糖模化物的热裂解
3．1．3 提取半纤维素的热裂解
3．1．4 木聚糖与半纤维素基本糖结构单元的热裂解对比
3．2 不同因素对半纤维素热裂解行为的影响
3．2．1 反应温度的影响
3．2．2 停留时间的影响
3．2．3 其他因素的影响
3．3 半纤维素热裂解机理
3．3．1 半纤维素热裂解反应动力学模型
3．3．2 基于产物生成的热裂解机理
3．3．3 基于分子层面的半纤维素热裂解机理
参考文献
……

第4章 木质素热裂解
第5章 组分交叉耦合热裂解
第6章 生物质组分选择性热裂解
第7章 生物质热裂解

附录1 作者在该领域发表的代表性学术论文
附录2 作者在该领域指导的代表性学位论文

彩图

前言/序言

　　能源是人类社会赖以生存和发展的基础，纵观人类社会的发展历史，文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源问题已成为当今世界的核心问题，我国是目前世界上最大的发展中国家，同时也是世界上主要的能源生产国和消费国，经济的快速发展需要能源的持续供应，而且随着经济规模的持续快速增长，对能源的整体需求也与日俱增。然而，以煤炭、石油和天然气等一次化石能源为主的能源结构，使得我国的能源安全与生态环境受到诸多威胁。首先，化石能源供应日趋紧张，进口趋增，加重了能源安全隐患；其次，化石能源使用所带来的环境污染问题也不容忽视，如温室气体排放量剧增、酸雨和PM2.5粉尘的危害也日渐凸显。能源短缺与环境污染一直是我们必须直面的两大难题。相比煤炭等化石能源，生物质是一种清洁可再生的能源资源，同时具有二氧化碳净零排放的特点。我国的生物质资源非常丰富，储量巨大，但目前利用程度不高，急待开发利用。因此大力发展生物质资源的清洁能源化利用，对于建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。
　　我国化石能源呈现典型的富煤缺油的局面，近几年通过大量进口原油来弥补国内石油消费量的高增长，石油进口对外依存度已经超过了50%，如果能将我国资源量丰富的生物质通过一定方式转化成液体燃料，将会极大缓解我国石油供应短缺的局面。生物质是唯一可用于大规模制取液体燃料的含碳可再生能源资源，热化学转化和生化转化是当前生物质制取液体燃料的两种主要技术。生物质快速热裂解液化作为一种主流的热化学转化技术，可将固体生物质高效转化成易储存、易运输、能量密度较高的液体燃料——生物油。生物油可直接作为燃料在锅炉中使用。然而，由于生物油存在水分含量高、含氧量高、黏度大、热值低、pH低、成分复杂和性质不稳定等缺点，限制了其作为高品位动力液体燃料的应用。解决这一问题的关键有两点：第一是深入分析生物质热裂解机理，掌握热裂解规律，从而试图实现生物油生产过程的源头可控；第二是加强生物油后续改性研究，如生物油的催化加氢、催化裂化和催化酯化等提质改性技术，将分散式生物质热裂解液化和集中式生物油提质改性相结合，从而获得具有动力燃料品质的液体燃料。本书作者从事生物质热裂解机理及生物质热裂解液化制取高品位液体燃料等方面研究十几年，希望能够把自己积累的一些研究成果和经验总结出来与国内外同行进行交流，借此书抛砖引玉，为我国生物质能的快速发展尽绵薄之力。
　　本书共分7章，以生物质三大组分为脉络，从基础到专精逐层阐述了生物质组分热裂解液化涉及的系统理论知识。首先从木质纤维素类生物质的结构人手，简述了生物质的组分分布和结构特征，详细介绍了纤维素、半纤维素和木质素的基本结构、理化性质，以及研究中常用的模型化合物种类、特点及相应的提取方法，抽提物和无机盐的组成和性质。进而从第2章到第4章采用独立篇幅分别介绍了纤维素、半纤维素和木质素三大组分的热裂解机理，从热裂解的基本过程出发，阐述不同因素对组分热裂解的影响，探讨了基于动力学研究、产物形成途径和分子层面理论模拟的组分热裂解机理。第5章和第6章则充分阐述了组分的交叉耦合、无机盐和外加催化剂的添加对生物质组分热裂解过程的影响。最后在第7章叙述了不同种类生物质的热裂解行为以及热裂解液化特性，并介绍了基于生物油分离的分级提质改性的最新研究成果。其中，骆仲泱教授负责本书第1章和第3章的撰写，王树荣教授负责本书其他章节的撰写并全文统稿。
　　本书是以作者多年的一线科研成果为基础，结合众家之所长，以科研中的研究思路为叙述主线，循序渐进地表述热裂解机理研究中的诸多知识点和侧重点，能够使领域内同行在阅读的过程中快速掌握其中蕴含的研究思路、研究方法、主要结论和拓展点，为后续的研究工作奠定良好的基础。同时，本书合理的架构体系和逐层递进的阐述方式也可作为相关专业高年级本科生和研究生的教材和参考书。
　　作者经历了生物质热裂解研究从国外引进到发展成为国内热门研究领域的全过程，在此领域的工作积累离不开浙江大学能源清洁利用国家重点实验室的诸多同事的支持和鼓励，尤其是岑可法院士对生物质能研究领域的长期指导和关怀。同时也非常感谢国家自然科学基金委员会、科技部和教育部等对作者在生物质能领域研究提供的项目资助，所取得的部分成果也反映在本书相关章节中。也感谢曾经共事过的已毕业或尚在求学的博士生和硕士生，尤其是他们的博士学位论文和硕士学位论文成果极大地丰富了本书内容，正是因为他们的努力，才使得我们的生物质热裂解液化研究越来越系统、越来越深入。最后，诚挚感谢郭秀娟、茹斌、蔡勤杰、林海周、王琦、李信宝、尹倩倩、朱玲君、王誉蓉等在文献资料收集、插图编排和文字校对上所提供的大力帮助。
　　作者虽然力求准确反映生物质热裂解的相关工作和成果，从开始写作到完稿足足历时两年多，并经过多次精简和修改，使得本书日趋完善，但书中不免存在不当或疏漏之处，诚请有关专家和读者批评指正，以便在后续版本中继续加以改进完善。
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