整包秸稈的微波熱解特性研究

【摘要】： 我國(guó)的生物質(zhì)尤其是農(nóng)作物秸稈資源十分豐富,但其能源化利用程度不高。目前,幾乎所有的秸稈類(lèi)生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)都需要對(duì)原料秸稈進(jìn)行破碎,由此增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性、初投資和能耗。因此,需要尋求一種秸稈無(wú)需破碎即可利用的新方法。 本文提出了一種不需預(yù)破碎的秸稈類(lèi)生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化方法一整包秸稈的微波熱解,無(wú)需對(duì)秸稈進(jìn)行破碎,而是對(duì)其壓縮打包實(shí)現(xiàn)整體熱解利用,并與電加熱常規(guī)熱解進(jìn)行了對(duì)比。 首先,在微波熱解實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了微波加熱下整包秸稈的熱解過(guò)程和傳熱機(jī)理的研究。秸稈的微波熱解過(guò)程分為四個(gè)階段:干燥階段、預(yù)熱解階段、揮發(fā)分大量析出階段和炭化階段,各階段對(duì)應(yīng)的溫區(qū)和加熱機(jī)理不同:在微波加熱下大尺度物料(整包秸稈)的傳熱方向由表層向內(nèi)部,傳質(zhì)方向由內(nèi)部向表層,這與經(jīng)過(guò)破碎的小尺度物料不同;微波加熱下料包內(nèi)部溫度場(chǎng)均勻性較好,微波功率越大,料包內(nèi)部溫度場(chǎng)越均勻;較之微波熱解,常規(guī)熱解預(yù)熱階段不明顯,沒(méi)有揮發(fā)分析出平臺(tái)期,料包內(nèi)部沿導(dǎo)熱方向溫度單調(diào)遞減。 其次,采用熱重分析方法研究了整包秸稈的微波熱解特性,分析了熱解產(chǎn)物以及熱解過(guò)程的能耗。整包秸稈的微波熱重特性與常規(guī)熱重基本吻合,180℃～450℃溫區(qū)為揮發(fā)分析出最多的階段,高于450℃后物料失重緩慢;微波功率增大,熱解各階段的起始時(shí)間提前,最大熱解速率增大,最終熱解時(shí)間減小,但微波功率對(duì)熱解最終溫度影響不大;在微波功率為668W/(kg秸稈)下,秸稈熱解最終三相產(chǎn)物中炭最多、液體其次、氣體最少;熱解氣體的主要成分為CO、CO_2、H_2、CH_4和少量小分子烴,純熱解氣中H_2含量最大可高于35 vol.%,合成氣(H_2+CO)含量高于50 vol.%;熱解氣各組分含量和熱解氣熱值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)都是先由零增大到最大值后減少,CO、CO_2含量最大值點(diǎn)比其他氣體組分先出現(xiàn);秸稈微波熱解炭的比表面積約為30～40m~2/g,比常規(guī)熱解炭大;在本文實(shí)驗(yàn)條件下,秸稈微波熱解的耗電量在0.58～0.88 kW·h/(kg秸稈)之間,并且隨著微波功率的增大,單位質(zhì)量秸稈完成熱解所需電耗增大;在功率可對(duì)比的情況下,微波加熱比電加熱速度快、熱解氣熱值高,微波熱解氣焦油含量比電加熱熱解氣高。 最后,理論分析了整包秸稈的微波熱解宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性。建立了一步多反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)模型描述本實(shí)驗(yàn)中的微波熱解反應(yīng),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出了不同微波功率下的表觀活化能、指前因子和反應(yīng)級(jí)數(shù)。當(dāng)微波功率為334w/(kg秸稈)和668W/(kg秸稈)時(shí)秸稈活化能分別為24～27 kJ·mol~(-1)和67～71 kJ·mol~(-1),反應(yīng)級(jí)數(shù)都為一級(jí),活化能和指前因子都隨微波功率的增大而增大。 整包秸稈的微波熱解不需秸稈破碎,在熱解過(guò)程和熱解產(chǎn)物方面體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì),為秸稈類(lèi)生物質(zhì)的能源化利用提供了一種新思路和新途徑。 【關(guān)鍵詞】：微波熱解 整包秸稈 熱重特性 產(chǎn)物分析 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：TK6
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 符號(hào)說(shuō)明13-14
• 第1章 緒論14-28
• 1.1 生物質(zhì)能概況14
• 1.2 生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)14-25
• 1.2.1 物理轉(zhuǎn)化技術(shù)15
• 1.2.2 生物轉(zhuǎn)化技術(shù)15-16
• 1.2.3 化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)16-25
• 1.3 本文的研究目的和主要內(nèi)容25-28
• 第2章 微波熱解技術(shù)及研究進(jìn)展28-38
• 2.1 微波加熱原理28-31
• 2.1.1 微波媒質(zhì)的分類(lèi)28-29
• 2.1.2 介電加熱類(lèi)型和偶極子極化加熱29-30
• 2.1.3 微波加熱的優(yōu)勢(shì)30-31
• 2.2 微波熱解技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31-37
• 2.2.1 微波熱解技術(shù)的國(guó)外研究現(xiàn)狀31-36
• 2.2.2 微波熱解技術(shù)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀36-37
• 2.3 本章小結(jié)37-38
• 第3章 整包秸稈的微波熱解特性研究38-68
• 3.1 實(shí)驗(yàn)樣品和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)38-42
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)樣品38
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)38-42
• 3.2 實(shí)驗(yàn)流程及產(chǎn)物分析方法42-44
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)流程42-44
• 3.2.2 產(chǎn)物分析方法44
• 3.3 微波加熱下秸稈的熱解過(guò)程和秸稈包的傳熱機(jī)理44-51
• 3.3.1 微波加熱下的秸稈熱解過(guò)程44-45
• 3.3.2 微波加熱下秸稈包的傳熱機(jī)理45-48
• 3.3.3 整包秸稈三維方向溫度分布48-50
• 3.3.4 微波功率及微波布置方式對(duì)溫度場(chǎng)的影響50-51
• 3.4 秸稈的微波熱重特性分析51-55
• 3.4.1 熱解曲線(xiàn)分析51-53
• 3.4.2 揮發(fā)分析出分布和微波功率對(duì)熱解速率影響53-55
• 3.5 秸稈的微波熱解產(chǎn)物分析55-60
• 3.5.1 三相產(chǎn)率55-56
• 3.5.2 氣體產(chǎn)物分析56-58
• 3.5.3 固體產(chǎn)物分析58-59
• 3.5.4 液體產(chǎn)物分析59-60
• 3.6 微波熱解過(guò)程能耗60-61
• 3.7 秸稈類(lèi)生物質(zhì)微波熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析61-66
• 3.7.1 秸稈類(lèi)生物質(zhì)微波熱解反應(yīng)模型的建立61-62
• 3.7.2 秸稈類(lèi)生物質(zhì)微波熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定62-66
• 3.8 本章小結(jié)66-68
• 第4章 整包秸稈的常規(guī)熱解實(shí)驗(yàn)研究68-74
• 4.1 實(shí)驗(yàn)裝置及系統(tǒng)68-70
• 4.2 料包內(nèi)部溫度場(chǎng)分析70-72
• 4.3 現(xiàn)象與產(chǎn)物分析72-73
• 4.3.1 氣體產(chǎn)物72-73
• 4.3.2 固體產(chǎn)物和液體產(chǎn)物73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 第5章 結(jié)論與展望74-76
• 5.1 結(jié)論74-75
• 5.2 不足與展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-83
• 致謝83-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文84-85
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表85

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L-選擇素水解斷裂對(duì)選擇素-配體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響    賈瀟凌;龍勉;

整合素-ICAM-1相互作用的二維反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究    付長(zhǎng)亮;佟春芳;王曼柳;高宇欣;龍勉;

苯與四氯化碳反應(yīng)產(chǎn)物分析    王永明;李彩云;

催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室    

中科院H酸合成新工藝高效環(huán)保    杜學(xué)靜

低滲透油藏開(kāi)采研究獲突破    王玲　鄭水平

國(guó)內(nèi)首套辛烯—1模試裝置建成    茍愛(ài)仙　康清華 王博祺

熱解技術(shù)處理廢棄印刷線(xiàn)路板的實(shí)驗(yàn)研究    郭曉娟

基于自適應(yīng)化學(xué)理論的均相反應(yīng)過(guò)程模擬及其在甲烷預(yù)混火焰中的應(yīng)用    喬瑜

Alteromonas sp.nov. SY37-12菌株產(chǎn)生的瓊膠酶酶學(xué)性質(zhì)及酶解產(chǎn)物的分析    王靜雪

典型爆炸性危險(xiǎn)化學(xué)品熱分解特性及過(guò)渡態(tài)金屬化合物對(duì)其影響研究    郭聳

農(nóng)作物秸稈微波熱解實(shí)驗(yàn)及機(jī)理研究    趙希強(qiáng)

大豆渣的資源化研究—亞臨界水解過(guò)程及熱解過(guò)程    朱廣用

抗血栓藥物—糖蛋白Ⅱb/Ⅲa拮抗劑的合成與活性    張洪旺

一、選擇性5-HT再攝取抑制劑的設(shè)計(jì)與合成 二、血液制品的病毒滅活劑研究    王小芳

具有微結(jié)構(gòu)表面碳電極對(duì)水中氯代酚的電催化還原脫氯    崔春月

核苷類(lèi)抗HIV系列前藥的化學(xué)穩(wěn)定性及藥物動(dòng)力學(xué)研究    朱梅湘

整包秸稈的微波熱解特性研究    王濤

印尼褐煤微波熱解特性的實(shí)驗(yàn)研究    王南

生物質(zhì)微波熱解制取高附加值產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)研究    龔維婷

蚯蚓纖溶酶在甲醇酵母中的表達(dá)及產(chǎn)物分析    李亞?wèn)|

小麥秸稈微波熱解產(chǎn)物特性研究    劉洪貞

含聚油泥微波熱處理過(guò)程及強(qiáng)化技術(shù)研究    龐小肖

微波熱解廢電路板成分分析與表征    王磊

細(xì)胞色素P450 BM-3定向進(jìn)化研究    虞青

三氯生光降解產(chǎn)物分析    陳忠良

耐酸性α-淀粉酶產(chǎn)生菌株的選育和發(fā)酵產(chǎn)物初步分析    胡欣潔