生物质微波预处理的实验研究

发布时间：2020-09-29 14:10

【摘要】：生物质能作为第四大能源受到世界各国的普遍重视，但含水率高、含氧量高等缺点限制了其大规模资源化利用。因此，对生物质原料进行有效预处理，降低水分、提高能量品质、改善组成结构，从而使生物质能够更好地替代化石燃料。本文以我国典型的农林废弃物棉杆和木屑为研究对象，深入研究了微波预处理对生物质理化特性的影响，并对预处理后生物质的热解特性进行了研究，为探索新的生物质预处理技术提供了理论依据。 首先，利用微波反应器对生物质样品在不同的温度和不同的初始含水率下进行了微波干燥实验，发现微波干燥与常规热风干燥相比可以迅速降低生物质原料的含水率，微波干燥温度越高，干燥速率越快，同时初始含水率的增加会延长微波干燥的时间，但加快了干燥速率。微波干燥可以有效增大原料的比表面积，丰富生物质的孔隙结构。 然后，对生物质样品在不同温度和停留时间下进行低温微波热解实验，发现生物质低温微波热解过程伴随着CO、CO2和CH4等气体的释放，液体产物主要为酸、醇、醛等类物质，较常规烘焙液体产物复杂，固体产物中含氧官能团减少，氧含量显著降低，发热量大幅度提高。当达到相同高位热值时，微波热解所需的温度比常规烘焙要低，最大温差达到了40℃。随着热解温度的升高，样品的比表面积有所增大，孔隙结构更加发达。综合考虑技术经济性，较适合的低温微波热解条件是：温度不超过250℃，处理时间20min左右。 最后，对低温微波处理前后生物质的热解特性进行了深入研究，发现100℃微波干燥对棉杆的热解特性几乎没有影响，但当干燥温度超过120℃时，会造成热解失重更明显，还有利于生物质中纤维素和半纤维素的热解，使棉杆热解指数越来越大。经低温微波热解的棉杆热解失重量低于原样与微波干燥后的棉杆，最大失重速率随微波热解温度的升高先增大后减少，250℃时达到最大。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK6
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
    1.1 生物质能概况
    1.2 生物质能转化技术
    1.3 生物质热解技术
    1.4 预处理技术
    1.5 干燥与烘焙技术
    1.6 微波干燥与微波烘焙技术
    1.7 本文主要研究内容
2. 生物质微波干燥实验研究
    2.1 实验样品及方法
    2.2 分析方法
    2.3 生物质微波干燥特性
    2.4 干燥过程模拟
    2.5 微波干燥耗能
    2.6 微波干燥对生物质表面物理特性的影响
    2.7 本章小结
3. 生物质低温微波热解分析
    3.1 实验原料制备
    3.2 实验装置及方法
    3.3 分析测试方法
    3.4 生物质低温微波热解特性结果与讨论
    3.5 生物质低温微波热解的物化结构演变特性
    3.6 本章小结
4. 低温微波处理后生物质热解反应动力学研究
    4.1 实验样品及方法
    4.2 反应动力学方程求解基本方程
    4.3 热失重特性分析
    4.4 热解特性分析
    4.5 反应动力学计算结果
    4.6 本章小结
5. 全文总结
    5.1 主要工作及结论
    5.2 本文创新及特色
    5.3 后续工作及展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目

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本文编号：2829827