秸秆湿式氧化技术实验研究

【摘要】：生物质是一种可再生能源,形成的碳循环实现了CO2的零排放。生物质来源广泛,蕴含着巨大的利用价值,合理的开发、利用可带来良好的经济和环境效益。我国是生物质资源大国,研究和开发生物质资源的利用技术对我国能源战略具有重大意义。 结合湿式氧化技术的特点,论文提出了一种处理高含水量生物质的方法。实验考察了秸秆湿式氧化技术的可行性,并利用气体组份分析、元素含量的测定和质谱等分析手段,重点研究了反应温度、加热时间、碱性Na2CO3、秸秆浓度等对秸秆湿式氧化效果的影响,得出了秸秆湿式氧化三相产物分布、固体产物元素构成及碳氮比等研究结果,为实现生物质的资源化利用奠定了基础。结合操作参数对产物的影响分析,湿式氧化处理浓度6%小麦秸秆的较佳条件为：反应温度190℃,碱性Na2CO3浓度控制在6g/L,加热时间为10min。 论文通过测定湿式氧化固体产物的发热量,结合元素分析结果,建立了发热量与碳、氢、氮三元素的多元线性回归模型。其固体产物的高位发热量与三种元素线性关系并不显著,与常规生物质的发热量预测及建模结论不同。这类数学模型可为产物的研究和预测提供重要参考。 文中还利用热重分析方法,对固体产物进行了热解失重实验。与未处理的小麦秸秆热解过程相比,湿式氧化处理的小麦秸秆热解温度较高,开始于310℃,失重速率峰值更大,这是湿式氧化反应的固体产物中主要含有纤维素,而半纤维素、木质素被氧化、溶解的结果。在湿式氧化过程中,自由基反应占主导地位,整个过程还伴随发生热解、水解等反应,包括醚和酯基等化学键的断裂、脱水、缩合等几种。 在实验研究的基础上,论文提出了间歇式和连续式两种秸秆湿式氧化处理工艺,并对工艺的经济效益、环境效益和社会效益等进行了分析,该工艺用于乙醇发酵,乙醇综合成本可降低109.08元/吨。湿式氧化技术简单、易于操作和控制,可以有效提高秸秆等废弃物的附加值,将农业废弃物等变废为宝,并且创造了就业机会,为社会主义新农村建设营造了一个良好环境。 论文以解决高含水量的生物质转化和处理技术为方向,重点放在秸秆湿式氧化产物及影响因素的基础性研究上,为秸秆等生物质废弃物的资源化利用提供了新的思路。秸秆湿式氧化技术,可望实现秸秆等生物质废弃物的减量化、无害化和资源化,是一项很有应用前景的技术 【关键词】：小麦秸秆 湿式氧化 纤维素 生物质
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 研究背景及意义13-16
• 1.1.1 生物质特性13-15
• 1.1.2 生物质利用难点15
• 1.1.3 生物质利用的意义及发展方向15-16
• 1.2 湿式氧化原理及介绍16-24
• 1.2.1 湿式氧化技术原理16-17
• 1.2.2 湿式氧化的特点17-18
• 1.2.3 湿式氧化主要影响因素18-19
• 1.2.4 湿式氧化技术的研究现状19
• 1.2.5 湿式氧化技术的应用19-24
• 1.3 研究内容和研究目的24-25
• 第2章 实验设计及分析方法25-31
• 2.1 实验设计25-26
• 2.1.1 实验仪器25
• 2.1.2 实验材料25-26
• 2.1.3 实验内容26
• 2.2 实验方案26-29
• 2.2.1 技术路线及实验系统26-28
• 2.2.2 操作参数28
• 2.2.3 操作步骤28-29
• 2.3 分析方法29-30
• 2.3.1 工业分析29
• 2.3.2 工业分析29
• 2.3.3 热值分析29
• 2.3.4 气体组分分析29
• 2.3.5 热重分析29-30
• 2.3.6 质谱分析30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 秸秆湿式氧化技术实验研究31-55
• 3.1 产物分布31-34
• 3.1.1 气体产物分布32
• 3.1.2 固体产物的元素含量及发热量32-34
• 3.2 操作参数对气体产物的影响34-40
• 3.2.1 操作参数对产物CO_2影响34-36
• 3.2.2 操作参数对产物CO影响36-38
• 3.2.3 CO_2与CO相互关系38-40
• 3.3 操作参数对固体产物的影响40-51
• 3.3.1 操作参数对固体产物元素构成关系40-45
• 3.3.2 固体产物发热量与元素构成的关系45-47
• 3.3.3 固体产物热解失重分析47-51
• 3.4 操作参数对液体产物的影响51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 生物质湿式氧化工艺及其综合效益55-63
• 4.1 生物质湿式氧化工艺55-57
• 4.2 综合效益分析57-61
• 4.2.1 经济效益分析57-59
• 4.2.2 环境效益分析59-60
• 4.2.3 社会效益分析60-61
• 4.3 本章小结61-63
• 第5章 总结及展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望及不足63-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-72
• 学位论文评阅及答辩情况表72

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