農(nóng)業(yè)秸稈烘焙與高質(zhì)化應(yīng)用耦合研究

【摘要】：生物質(zhì)能以其數(shù)量巨大、環(huán)境友好等優(yōu)點,其高質(zhì)化應(yīng)用也得到了廣泛的關(guān)注。然而由于生物質(zhì)自身的分散性大、水分高、能量密度低以及不易儲存等缺點限制了其大規(guī)模工業(yè)化利用,而烘焙處理能有效的降低生物質(zhì)的水分、提高生物質(zhì)的能量密度。鑒于此,本文結(jié)合973項目“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位燃料的基礎(chǔ)問題研究”,對農(nóng)業(yè)秸稈的烘焙特性、烘焙機理及其對生物質(zhì)熱解氣化等的影響關(guān)聯(lián)進行了系統(tǒng)的研究,這為生物質(zhì)烘焙工藝的優(yōu)化提供了重要的數(shù)據(jù)參考,對生物質(zhì)高質(zhì)化利用也有著重要的意義。 首先,選取多種典型的農(nóng)業(yè)秸稈為樣品,并結(jié)合生物質(zhì)三組分,采用熱重與紅外聯(lián)用分析儀從機理層面研究了秸稈生物質(zhì)的烘焙特性及不同烘焙終溫(200、230、260和290℃)對秸稈烘焙過程的影響,同時采用兩步平行模型對農(nóng)業(yè)秸稈的烘焙過程進行了熱動力學(xué)分析。研究發(fā)現(xiàn)烘焙過程主要為秸稈的脫水干燥(200℃)、半纖維素的熱解及少量木質(zhì)素、纖維素的轉(zhuǎn)化,而半纖維素?zé)峤廨^快,高溫有利于生物質(zhì)烘焙的進行,烘焙過程中的氣體產(chǎn)物主要為H_2O、CO_2以及少量C=O、C-O-C含氧有機碳水化合物。 接著,采用固定床烘焙反應(yīng)系統(tǒng)與激光粒度分析儀、傅里葉拉曼紅外光譜分析儀、氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用儀以及比表面積分析儀等聯(lián)用從宏觀物理結(jié)構(gòu)與微觀化學(xué)組成相結(jié)合研究了生物質(zhì)烘焙過程中產(chǎn)物的演變特性,探索了生物質(zhì)的烘焙機制。研究發(fā)現(xiàn)烘焙后秸稈表觀顏色進一步加深,逐漸由纖維狀向球形發(fā)展,且更易脆,經(jīng)研磨后顆粒更均勻,有利于其運輸和利用;同時烘焙后秸稈中含氧量明顯降低,而碳含量顯著提高,熱值也相應(yīng)大幅度提升,而且烘焙后秸稈具有較好的表面孔隙結(jié)構(gòu),有利于其進一步熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的進行;微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)表明秸稈中含氧有機官能團數(shù)量明顯減少,這對其熱解氣化產(chǎn)物的品質(zhì)提升有著重要的作用。 最后,采用熱解氣化實驗與化學(xué)動力學(xué)模擬相結(jié)合探討了烘焙對秸稈的熱解、氣化等高質(zhì)化利用過程的影響,以期尋求最佳的烘焙工藝系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)烘焙使得秸稈熱解液化加快,熱解油中水分和含氧碳?xì)浠衔锏暮棵黠@減少,產(chǎn)物品質(zhì)提高;氣化過程中固定碳反應(yīng)速率提高,產(chǎn)氣中CO、CH4含量明顯提高(30%),氣體熱值明顯增加,同時烘焙后秸稈更易于著火燃燒,同時放熱量也明顯增大。 該研究表明生物質(zhì)烘焙有利于其熱解、氣化和燃燒的快速進行以及產(chǎn)物品質(zhì)的提高,對生物質(zhì)的高質(zhì)化、規(guī)?；糜兄匾淖饔?。 【關(guān)鍵詞】：農(nóng)業(yè)秸稈 烘焙 宏觀物理結(jié)構(gòu) 微觀化學(xué)組成 高質(zhì)化
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：S216.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 生物質(zhì)能源利用情況11-13
• 1.3 課題研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 課題的提出及意義15-17
• 2 農(nóng)業(yè)秸稈烘焙特性熱分析17-27
• 2.1 實驗樣品和實驗方法17-20
• 2.2 秸稈烘焙特性20-24
• 2.3 烘焙過程氣體產(chǎn)物釋放特性24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 烘焙過程中秸稈物化結(jié)構(gòu)演變特性研究27-49
• 3.1 實驗樣品和實驗方法27-31
• 3.2 溫度對秸稈烘焙的影響31-34
• 3.3 烘焙秸稈的物化結(jié)構(gòu)演變特性34-41
• 3.4 停留時間對烘焙秸稈特性的影響41-45
• 3.5 烘焙過程的能量產(chǎn)出45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 4 烘焙秸稈高質(zhì)化轉(zhuǎn)化特性研究49-61
• 4.1 實驗樣品與實驗方法49-51
• 4.2 烘焙對秸稈熱轉(zhuǎn)化特性影響51-60
• 4.3 本章小結(jié)60-61
• 5 全文總結(jié)與展望61-64
• 5.1 本文主要工作及結(jié)論61-62
• 5.2 本文創(chuàng)新及特色62-63
• 5.3 下一步工作展望63-64
• 致謝64-66
• 參考文獻66-72
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與項目72-73

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