玉米棉花秸秆混合热解特性研究

【摘要】：生物质能源具有可再生、无污染、利用方式多元化、能源产品多样化的特点,开展生物质混合热解规律的研究对生物质产业的持续发展,缓解我国能源与环境压力具有积极的作用,文章从生物质组分分析、热解反应动力学与热解产物特征三个方面研究了棉花、玉米秸秆混合热解特性。 利用同步热分析仪考察分析不同混合比例下玉米、棉花秸秆混合热解特性,通过主要热解区间的热重曲线(TG)、微商热重曲线(DTG)以及扫描量热曲线(DSC)的对比分析发现,随着玉米混合比例的增加,最大失重速率对应温度向高温区靠近,同时DTG曲线形成一个尖而窄的失重峰。不同混合比例下TG/DSC曲线波动较小反映棉花、玉米秸秆可以充分混合,混合热解玉米秸秆主导效应明显,按比例叠加后发现不同比例混合后其计算失重曲线明显高于实际失重过程,热解失重过程与生物质混合比例并不是线性关系,表明棉花、玉米秸秆的混合热解特性总体上表现为这两种秸秆共同作用的结果。 动力学计算结果表明,玉米、棉花秸秆混合物主要温度区间的热解过程可以用二维扩散模型很好地描述,玉米秸秆活化能为54.5KJ/mol,棉花秸秆活化能为83.5KJ/mol,不同混合比例下活化能间于两者之间,40%棉秆+60%玉米活化能最低,不同比例掺混玉米秸秆后其活化能总体呈现降低趋势。 以固体产物得率和固定碳含量为指标的响应面实验考察了秸秆混合热解特性,结果表明：固体产物得率影响作用由大到小依次为：热解温度、升温速率、混合比例、保温时间；固定碳含量为指标的研究中,影响作用由大到小依次为：混合比例、热解温度、保温时间、升温速率。对响应值与因素进行多元回归拟合,固体产物得率、固体产物固定碳含量为指标的模型误差分别为8.7%、8.4%,说明拟合方程在热解规律研究和产物预测等方面具有一定的指导意义,以玉米和棉花秸秆为原料的混合热解过程,通过工艺条件的改善,在一定程度上可以在产物分布、产物性质调控等方面发挥重要的作用,为生物质棉花、玉米秸秆的综合利用提供了理论依据。 【关键词】：生物质 秸秆 共热解 响应面
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-12
• 插图清单12-13
• 表格清单13-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 研究背景14
• 1.2 我国能源环境问题14-16
• 1.3 生物质技术研究进展16-19
• 1.4 生物质混合技术的背景19-20
• 1.5 课题技术路线及创新点20-22
• 1.5.1 本课题技术路线20-21
• 1.5.2 本课题的创新点21-22
• 第2章 混合热解技术的研究方法22-31
• 2.122-24
• 2.1.1 生物质与煤共热解技术研究进展22-23
• 2.1.2 生物质与煤共热解评价23-24
• 2.2 生物质热解实验技术研究24-30
• 2.2.1 热分析技术在生物质热解研究中的应用24-27
• 2.2.2 响应面分析技术的运用27-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 热重实验及动力学研究31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 实验仪器及原料31-32
• 3.2.1 实验设备与方法31-32
• 3.2.2 原料32
• 3.3 实验结果与讨论32-40
• 3.3.1 热解实验TG/DTG-DSC曲线分析32-35
• 3.3.2 计算失重过程与实验失重过程35-36
• 3.3.3 基于Malek法热解动力学分析36-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 混合热解影响因素研究42-47
• 4.1 引言42
• 4.2 实验仪器及材料42-43
• 4.2.1 样品的选择和制备42
• 4.2.2 实验装置及方案42-43
• 4.3 单因素实验43-46
• 4.3.1 热解终温的影响44
• 4.3.2 升温速率的影响44-45
• 4.3.3 混合比例的影响45
• 4.3.4 保温时间的影响45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 响应面实验设计47-61
• 5.1 引言47-48
• 5.2 实验设计48
• 5.3 固体产物得率为指标的响应面分析48-56
• 5.3.1 模型的建立与分析50-52
• 5.3.2 理论值与实际值的比较52-53
• 5.3.3 响应值等高线及等高面53-56
• 5.3.4 模型可行性验证56
• 5.4 以固定碳含量为指标的响应面分析56-60
• 5.4.1 实验设计及结果56-57
• 5.4.2 模型的建立与分析57-59
• 5.4.3 理论值与实际值的比较59
• 5.4.4 响应值等高线及等高面59-60
• 5.4.5 模型可行性验证60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 结论与展望61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 讨论与展望62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况66

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