生物质三组分与苹果修剪枝干馏特性研究

发布时间：2020-05-29 10:29

【摘要】：陕西省是世界公认的苹果最佳优生产区,占全国总种植面积的近三分之一,世界总面积的七分之一,每年陕西省苹果修剪枝干重总量近500万t,对苹果修剪枝进行干馏热化学转换,可以一次性生成生物炭和热解气两种清洁可再生能源,对解决农村环境污染问题、减轻农村能源供应压力及实现资源循环再生利用具有重要意义。本论文在研究温度对生物质三组分制备生物炭的干馏特性影响基础上,以苹果修剪枝为试验对象,通过单因素试验和响应面分析,系统的探究热解温度、升温速率和保温时间对干馏反应的两种能源产物生物炭和热解气的特性影响规律,为苹果修剪枝干馏生产提供试验数据和技术支撑。本论文的研究内容和主要结果如下:(1)以生物质三组分为试验对象,研究温度对生物质三组分制备生物炭的干馏特性影响。结果表明:随着温度的升高,生物质三组分制备的生物炭产率、挥发分、H、O、N元素含量逐渐降低,灰分、固定碳、热值、C元素含量逐渐升高;温度在500℃时,纤维素和半纤维素制备的生物炭达到最优的比表面积、微孔体积及最大的碘吸附值,其中,纤维素生物炭碘吸附值为422.46mg/g,半纤维素生物炭碘吸附值为115.06mg/g,温度在600℃时,木质素生物炭达到最优的比表面积、微孔体积及最大的碘吸附值460.35mg/g。(2)以苹果修剪枝为试验对象,研究温度、升温速率和保温时间对苹果修剪枝制备生物炭的干馏特性影响。结果表明:随着温度的升高,苹果修剪枝生物炭产率和挥发分逐渐下降,灰分逐渐升高,固定碳先升高后降低;随着升温速率的增大,生物炭产率、灰分和固定碳逐渐下降,挥发分逐渐升高;随着保温时间的延长,生物炭产率和挥发分逐渐下降,灰分和固定碳逐渐升高。温度、升温速率、保温时间对生物炭产率和固定碳含量主效应均显著,温度与保温时间的交互作用对生物炭产率和固定碳含量影响显著;在因素水平范围内的交互作用中,温度在500℃~530℃、升温速率在2℃/min~3℃/min,温度在500℃~530℃、保温时间在170min~180min,升温速率最小、保温时间最长,这三种情况下,生物炭固定碳含量可达到最大值。(3)以苹果修剪枝为试验对象,研究温度、升温速率和保温时间对苹果修剪枝制备热解气的干馏特性影响。结果表明:随着温度的升高,苹果修剪枝热解气的产气率逐渐升高,热值先升高后降低,CO含量先降低后升高,CO_2含量持续下降,CH_4含量先升高后降低,H_2含量逐渐升高;随着升温速率的增大,产气率逐渐下降,热值基本无变化,CO含量逐渐升高,CO_2含量持续下降,CH_4含量先降低后升高,H_2含量先升高后降低;随着保温时间的延长,产气率逐渐升高,热值基本无变化,CO含量先降低后升高,CO_2含量呈下降趋势,CH_4含量逐渐降低,H_2含量逐渐升高;温度和升温速率对热解气产气率主效应显著;在因素水平范围内的交互作用中,温度最高、升温速率最小,温度最高、保温时间最长,升温速率最小、保温时间最长,这三种情况下,热解气产气率可达到最大值。
【图文】：

苹果,种植面积,比例图

2014 年我国苹果种植总面积为 2272.20 千公顷，其中陕西省为 665.20 千公顷，各省份种植面积比例见图1-1，陕西省是全球苹果最佳优生产区之一，其苹果种植面积占全国的三分之一，世界总面积的七分之一(屈振江等 2008)。苹果树每年的修剪量很大，根据生物量和栽植密度的统计结果，苹果修剪枝每亩平均鲜重为 895.71kg，折合干重为 493.09kg(李少阳 2009)，由此可推算陕西省每年苹果修剪枝干重总量近 500 万 t。然而这些生物质资源大部分被农户用作薪柴，有的甚至直接堆放或焚烧在地头，，造成严重的资源浪费和环境污染问题。因此，对苹果修剪枝的科学利用成为一项亟待解决的重要课题。苹果修剪枝灰分含量仅 0.32% (宁黎黎和陈桂华 2008)，而常见水稻杆灰分含量为13.92%、小麦秆 2.76%、油菜杆 7.53%(赵蒙蒙等 2011)，所以，相对于农作物秸秆，苹果修剪枝是一种很好的热化学转换原料，可以制备高品质的生物炭，具有固定碳含量高、热值高、灰分低等特点，是一种重要的民用、商用清洁能源。生物炭还具有比表面积大、吸附能力强的特点，可用于农田土壤改良，进一步加工成活性炭后，可应用于水质净化、污水处理、废气处?

技术路线图

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【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6

【参考文献】