农作物秸秆微波热解实验及机理研究

发布时间：2023-03-05 02:00

　　生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,极有可能成为未来可持续能源系统的重要组成部分。热解是生物质热化学转化方式的一种,可以将生物质能转化为气、液、固等三相能源产品。在当前化石燃料日益减少的背景下,通过热解生物质制取生物油、合成气等替代燃料和化学品,成为国内外研究的热点。作为重要的生物质能组成部分,农作物秸秆的利用过程中存在着一些不利因素,如：堆积密度小、能量密度低,收集、运输和储存过程存在困难；预处理能耗高、工序复杂等,以上因素一直制约着农作物秸秆资源的大规模利用。 微波加热具有即时性、整体性、选择性和高效性的特点,将其应用于农作物秸秆热解,可以降低原料的预处理要求,使预处理成本大幅下降,而热解产物的综合性能和经济价值却不会降低,甚至大幅提高。随着微波技术的不断发展,通过微波热解生物质制取替代能源已经成为当前非常重要的生物质能利用途径,引起国内外科研工作者的广泛关注,并开展了大量研究。 目前对于生物质微波热解的研究,主要侧重于热解影响因素的考察,包括物料种类和粒径、微波功率、添加物种类及比例等。通常实验采用很少(小)的物料量(尺寸),未能充分发挥微波热解的特点和优势；针对微波加热过程物...

【文章页数】：192 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题依据与背景
    1.2 生物质常规热解研究
        1.2.1 热解原理及过程
        1.2.2 热解工艺
        1.2.3 热解影响因素
        1.2.4 总结及展望
    1.3 微波热解研究
        1.3.1 微波加热原理和特点
        1.3.2 微波热解研究进展
        1.3.3 展望
    1.4 论文的研究思路、研究内容
        1.4.1 研究思路
        1.4.2 研究内容
    1.5 本章小结
第2章 小型微波热解实验装置与实验设计
    2.1 实验装置
        2.1.1 微波热解实验系统
        2.1.2 石英容器及反应装置
        2.1.3 附加功能
    2.2 实验原料与仪器
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 仪器与试剂
    2.3 实验安排及技术路线
    2.4 产物分析方法
        2.4.1 气体产物分析
        2.4.2 固体焦炭分析
        2.4.3 液体产物分析
    2.5 本章小结
第3章 小麦秸秆微波热解的升温及失重特性研究
    3.1 小麦秸秆失重特性研究
        3.1.1 微波功率影响
        3.1.2 物料量影响
        3.1.3 添加物及比例影响
    3.2 小麦秸秆升温特性研究
        3.2.1 纯小麦秸秆升温曲线
        3.2.2 添加物对升温过程的影响
    3.3 小麦秸秆微波热重特性分析
    3.4 添加物对小麦秸秆热重特性的影响
    3.5 本章小结
第4章 小麦秸秆微波热解的产物分布和生成机理研究
    4.1 微波功率对热解过程的影响
        4.1.1 热解产物分布
        4.1.2 产物特性分析
    4.2 添加物对热解过程的影响
        4.2.1 热解产物分布
        4.2.2 产物特性分析
    4.3 温度对热解过程的影响
        4.3.1 不同温度下热解特性
        4.3.2 定温热解后续自由升温
    4.4 产物形成途径和反应机理初探
        4.4.1 从组成成分和官能团分析
        4.4.2 从物质与能量的传递分析
        4.4.3 从二次裂解反应分析
        4.4.4 从催化剂和热点效应分析
    4.5 系统能量平衡
    4.6 本章小结
第5章 秸秆料包微波热解试验及经济性研究
    5.1 试验原料
        5.1.1 原料来源及制备
        5.1.2 原料特性分析
    5.2 试验装置和方法
        5.2.1 试验装置
        5.2.2 试验步骤
        5.2.3 产物分析方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 升温特性分析
        5.3.2 热重特性分析
        5.3.3 产物分析
        5.3.4 微波热解电耗和系统能量平衡
    5.4 本章小结
第6章 秸秆料包微波加热过程的温度分布模拟研究
    6.1 模拟背景和思路
        6.1.1 模拟背景
        6.1.2 模型物料和求解方法
        6.1.3 模拟思路
    6.2 微波加热数学模型
        6.2.1 假设条件
        6.2.2 温度场模型
        6.2.3 微波热源项模型
        6.2.4 定解条件
    6.3 模型的数值求解
        6.3.1 网格划分
        6.3.2 模型参数的确定
        6.3.3 计算过程和框图
    6.4 结果和讨论
        6.4.1 温度分布
        6.4.2 模型验证
    6.5 本章小结
第7章 全文总结和展望
    7.1 全文总结
    7.2 主要创新点
    7.3 建议和展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表
ENGLISH PAPERS
    Paper Ⅰ.Study on the Heat-transfer Properties of Microwave Heating Process for Large-Sized Material
    Paper Ⅱ. Microwave Pyrolysis of Corn Stalk Bale:A Promising Method for Direct Utilization of Large-Sized Biomass and Syngas Production



本文编号：3755467