小麦秸秆微波热解产物特性研究

【摘要】： 生物质是一种重要的可再生能源。我国的生物质资源尤其是农作物秸秆十分丰富,但利用程度不高。开发生物质综合利用技术,对于建立可持续发展的能源体系,促进社会和经济的发展以及改善生态环境具有重大意义。生物质热解可以制备固体生物质炭、生物油或气体燃料,实现生物质的清洁利用,但是常规生物质热解对原料预处理要求高,增加了设备投入与能耗。微波加热具有快速、均匀、高效的特点,把微波加热引入到生物质热解中,可以大大降低生物质预处理的要求。同时,微波热解可以改善生物质热解产物的成分及含量,提高热解产物的利用价值。 本文以提高气体产物(尤其是CO和H2)产率为目的,设计制造了一套微波加热装置,以小麦秸秆为原料,添加五种添加物(热解残炭、K2CO3、Na2CO3、CuO和Fe3O4),采用固定床进行秸秆微波热解的实验研究,探讨了生物质微波热解的规律,并对固体产物的官能团、表面形态和元素组成进行了分析。实验着重考察了微波功率、添加物种类、添加比例对热解气、液、固三相产物分布以及气体产物成分及含量的影响。选用的五种添加物对秸秆微波热解效果各不相同。添加CuO、Fe3O4时,只有添加比例和功率足够大(20wt.%,800W),才能有效促进物料的热解,而且产物中液体产物占大部分,液体产率分别达到52.92wt.%和55.82wt.%。添加K2CO3、Na2CO3能有效促进秸秆物料的热解。在微波功率800W,K2CO3、Na2CO3添加比例为10wt.%时,液体产率分别达到48.73wt.%和48.09wt.%,而当添加比例达到20wt.%时,则能产生大量气体产物,气体产率分别为48.95wt.%和56.86wt.%。同时,添加K2CO3、Na2C03能明显提高气体产物中H2的含量,最高可达到47.4vo1.％和46vo1%。添加热解残炭可以显著促进秸秆物料的热解,气体产率随着功率和添加比例的增大而升高,在功率为800W,添加比例为20wt.%时达到60.94wt.%。添加热解残炭后气体产物中CO2的含量明显降低,CO含量升高,H2含量升高也比较显著,其中合成气(CO+H2)含量可达到79vo1.％。热解残炭是热解反应的产物,容易制得,而且可以反复利用。综合考虑,当以制取气体产物为目的时,添加热解残炭是最有利的。 为考察温度对秸秆微波热解的影响,本文进行了秸秆微波定温热解实验。结果表明,热解温度是影响热解的主要因素,生物质挥发份的析出主要在300～500℃,气体产物产率随温度的升高不断增加。高温可以提高小麦秸秆物料的转化率,同时高温有助于提高气体产率以及气体产物中可燃气体(尤其是H2)含量,600℃时H2含量能达到43.7vol.%。相同热解温度下,较高的微波功率能提高物料的转化率。随着微波功率的升高,CO2和CO均呈现降低的趋势,而H2含量则逐渐提高。高温下固体产物的孔结构细而密,比表面积快速增大,温度从400℃升高到600℃,BET比表面积从0.89m2／g增大到9.81m2／g,固体产物经过深加工成活性炭,可以用做吸附剂。 【关键词】：生物质 秸秆 微波 热解
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 生物质热解技术现状13-18
• 1.2.1 生物质热解反应机理13-14
• 1.2.2 生物质热解工艺分类14-15
• 1.2.3 生物质热解的影响因素15-18
• 1.3 本文研究内容18-20
• 第2章 微波热解技术及研究现状20-30
• 2.1 微波加热技术20-22
• 2.1.1 微波加热原理20-21
• 2.1.2 微波加热的优势21-22
• 2.2 国外微波热解技术研究现状22-23
• 2.3 国内微波热解技术研究现状23-29
• 2.4 小结29-30
• 第3章 微波热解实验系统及研究方法30-40
• 3.1 实验原料与试剂30-34
• 3.1.1 实验原料30-34
• 3.1.2 试剂34
• 3.2 微波热解实验装置34-36
• 3.3 实验相关的分析方法36-38
• 3.3.1 气体产物分析36-37
• 3.3.2 液体产物分析37
• 3.3.3 固体产物分析37-38
• 3.4 小结38-40
• 第4章 小麦秸秆微波热解产物特性研究40-60
• 4.1 小麦秸秆微波热解实验步骤40
• 4.2 实验结果与讨论40-58
• 4.2.1 纯秸秆的微波热解40-43
• 4.2.2 添加物对秸秆微波热解的影响43-48
• 4.2.3 功率对秸秆微波热解的影响48-52
• 4.2.4 添加比例对秸秆微波热解的影响52-56
• 4.2.5 液体产物分析56
• 4.2.6 固体产物分析56-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第5章 小麦秸秆微波定温热解产物特性研究60-68
• 5.1 相同功率下温度对秸秆微波热解的影响60-62
• 5.2 相同温度下功率对秸秆微波热解的影响62-63
• 5.3 定温热解下添加物的影响63-65
• 5.4 固体产物分析65-67
• 5.5 小结67-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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