原料和温度对生物质炭性质的影响及便捷式生物质炭化机的试验研究

发布时间：2018-05-15 03:08

  本文选题：生物质废弃物 + 炭化温度　； 参考：《南京农业大学》2015年硕士论文

【摘要】：近年来,以生物质热裂解炭化技术为基础,将农业废弃物转化为生物质炭的资源化利用新途径已得到了全社会的广泛关注,生物质炭被认为具有固碳减排、改良土壤、培肥地力、吸附污染物等功能,然而不同的生物质原料、炭化温度制备的生物质炭的特性存在较大的差异.。本研究首先选取麦秸、玉米秸、稻秸、玉米芯、稻壳、木屑、药渣、污泥、酒糟、猪粪等十种农业废弃物在350℃、400℃、450℃下热解转化为生物质炭,对生物质炭的基本理化性质、分子基团等指标进行测定分析,以阐明不同原料和炭化温度对生物质炭理化性质的影响;结合因子分析比较不同原料生物质炭的理化特征;进一步研究了猪粪热裂解对其重金属的钝化效应;同时,分析为解决科学实验研究中生物质热裂解专用设备之需的便捷式生物质炭化机(Simple-speedy-biomass-pyrolyser(SSBP))的实用性和运行性能,全文主要结论如下:(1)通过分析不同种类的原料制备所得的生物质炭的性质可知,不同源生物质炭均呈碱性,pH值均在7.26~(-1)0.70之间,其中以稻秸炭最高,玉米芯炭最低。从物理指标来看,污泥炭的净产率、灰分含量、比重分别为57.50%、82.54%、253.58 g·cm-3,显著高于其它生物质炭,而其固定碳含量、保水性能、孔隙度分别仅为9.97%、0.68 g·g~(-1)、67.26%,显著偏低;从养分指标上看,稻秸、麦秸、玉米芯炭的全K、速效P、速效K、CEC、EC等指标相对较高,其中稻秸炭以上指标分别达32.00g·kg~(-1)、598.08 mg·kg~(-1)、25.50 mg·kg~(-1)、5.24 ms·cm~(-1),显著高于其他生物质炭;从表面基团数、比表面积等指标看,药渣炭表面基团数量最多,而稻壳炭最少,但稻壳炭比表面积最大,达到了 16.11 m2·g~(-1),约为药渣炭的2.0倍、污泥炭的3.3倍,可见不同原料所制备的生物质炭的基本理化性质有较大差异。(2)利用SPSS软件对九种生物质炭进行因子分析,结果表明,测定指标可基本归为3个主因子,PC1在净回收得率、灰分含量、保水性、固定碳、比重、孔隙度等物理性指标荷载较高,PC2与pH、全N、全K、速效P、速效K、CEC、EC等养分或者化学性指标高度相关,PC3代表了酸性基团、碱性基团、总基团、比表面积等炭表面性能指标。这3个主因子能够有效解释76%的生物质炭测定指标的分布特征。根据SPSS软件给出的排名,可以推断出以麦秸、木屑为原料制备的生物质炭较为经济,且具有较好的固碳减排能力;以稻秸、玉米芯、麦秸为原料制备的生物质炭具有养分高、培肥地力的能力;以稻秸、药渣为原料制备的生物质炭具有较好的吸附能力。(3)当炭化温度从350℃升高至450℃时,生物质炭的外观性状、热解产率、灰分含量、pH、养分含量、表面基团数量等发生了显著变化,具体表现为:随温度升高,外观颜色逐渐加深、炭化更加完全,热解产率降低了 13.34%-22.37%,灰分含量、pH分别提高了 11.67%~(-1)9.88%、9.88%-26.18%,全P、全K的含量分别提高了 56.48%~(-1)03.94%、43.79%-83.92%,表面基团总量提高了 17.10%-45.30%。比较猪粪热裂解前后其重金属的含量和形态的改变可知,不同温度热裂解处理后的猪粪生物质炭中Ni、Cu、Zn、Pb、Cd和As等重金属含量较猪粪原样分别提高了57.7%~(-1)04.4%、59.7%-99.4%、50.7%-94.0%、47.1%-73.5%、30.8%-61.5%和17.1%-30.5%,而猪粪生物质炭中Cu、Ni、Zn、Pb、As等重金属有效态含量较原样显著下降 94.4%-95.4%、91.9%-95.1%、91.3%-92.5%、80.4%-81.0%、76.6%-84.0%。由此可见,限氧低温热裂解炭化可对猪粪重金属起到良好的钝化效果,但在350℃-450℃范围内,不同炭化温度对重金属的钝化效果影响不显著。(4)便捷式生物质炭化机(SSBP)性能研究表明:当炭化温度设定为450℃时,设备终温误差可以控制在5%以内;以小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳、木屑为原料,热解炭化产率可控制在40.0%以上,符合热裂解炭化的普遍得率范围,炭化较为完全;同一原料不同批次间固、液相产物的相对偏差基本控制在10%以内,其中固相产物的相对偏差控制在5%以内;炭化产品固定碳含量较高,基本在45%以上。此外,此设备能实现不同产物的分离回收,占地空间小(3m2),并备有移动底座,能够满足大学和研究院所安装,是生物质炭实验研究的实用型便捷式炭化机。
[Abstract]:In recent years , based on the technology of biomass pyrolysis and carbonization , the resource utilization of agricultural wastes into biomass charcoal has been widely paid attention to by the whole society . Biomass charcoal is considered to have the functions of carbon sequestration and emission reduction , improvement of soil , soil fertility and adsorption of pollutants . However , the biomass carbon prepared by different biomass raw materials and carbonization temperature has great difference . The effects of different raw materials and carbonization temperature on the physical and chemical properties of biomass charcoal were studied . The results showed that the biomass carbon content and ash content were 7.26 ~ ( -1 ) , 8.08 mg 路 kg ~ ( -1 ) , 25.50 mg 路 kg ~ ( -1 ) , 5.24 ms 路 cm ~ ( -1 ) respectively . The results show that the biomass carbon prepared by using wheat straw and sawdust as raw material has the advantages of high nutrient content and low fertility , and the biomass carbon prepared from rice straw , corn cob and wheat straw as raw material has better adsorption capacity . ( 3 ) When the carbonization temperature increased from 350 鈩，

本文编号：1890689