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稻草的水热碳化研究

作　者: 黄玉莹
导　师: 袁兴中
学　校: 湖南大学
专　业: 环境工程
关键词: 稻草 水热碳化 CO2 还原糖 乙酸 TOC 生物炭
分类号: S216.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本研究利用水热碳化技术，在1000mL的反应釜中，考察了反应温度（200-280℃）和停留时间（0-2h）对于稻草水热碳化的影响。明确了水热碳化条件与各相产物的产率、性能之间的关系，以及确定了稻草水热碳化的最优化反应条件。本论文分析了气相、液相以及固相产物的产率，并根据热值、能量密度、能量产率以及元素分析等指标考察水热碳化条件下生成的生物炭的性能。同时通过吸水性实验和扫描电镜分析对于生物炭的实用性研究，进一步探明了稻草水热碳化的机理，为设计合理的水热碳化路线以及为开发利用稻草制备燃料代替化石燃料的可能性提供依据。反应温度和停留时间是影响生物质水热碳化的主要因素。水热碳化的主要气相产物是CO2，液相产物是还原糖和乙酸。二氧化碳和乙酸的含量随着反应条件的剧烈程度（提高温度、延长时间）提高而上升，造成生物炭的固相产率降低，而还原糖在低温及短停留时间下获得最大产率，此产率随着温度升高逐步下降。在合适的反应条件下可以获得较高回收率的目标液相产物（还原糖或者乙酸），从而提高水热碳化处理过程的经济效益。提高反应温度和延长停留时间可以使生物炭的能量密度增加，在反应温度260℃、停留时间为1h时，生物炭能量密度已经提高了69.45%，获得了较高的能量密度，进一步提高反应剧烈程度能提升的能量密度有限。适宜的温度和停留时间可以在控制运行成本的条件下，最大化经济收益。吸水性实验结果表明在反应温度260℃,停留时间1h时，固相产物吸水率较低，故此条件下生物炭的性能良好，是制备生物炭的较适宜条件。扫描电镜分析说明经过水热碳化处理的生物炭整体呈现碎片状态，并伴有大量蜂窝状结构，可能是脱羰基反应导致稻草内部的纤维素、半纤维素大量分解。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章 绪论  12-26
  1.1 生物质能概况  12-13
    1.1.1 生物质及生物质能的定义  12
    1.1.2 生物质能的优点  12-13
    1.1.3 生物质资源的利用  13
  1.2 开发稻草秸秆能源的优势  13-14
  1.3 生物质能转化与利用技术  14-19
    1.3.1 燃烧技术  15-16
    1.3.2 生物转化技术  16-17
    1.3.3 热化学转化技术  17-19
  1.4 水热技术  19-21
    1.4.1 水热技术的特点与优势  20
    1.4.2 水热气化  20
    1.4.3 水热液化  20-21
    1.4.4 水热碳化  21
  1.5 生物质水热碳化的主要影响因素  21-23
    1.5.1 反应温度和升温速率  21-22
    1.5.2 水热停留时间  22
    1.5.3 生物质原料  22-23
    1.5.4 催化剂及其用量  23
  1.6 研究目标和主要研究内容  23-24
    1.6.1 研究目标  23
    1.6.2 主要研究内容  23-24
  1.7 稻草水热碳化研究的技术路线  24-26
第2章 试验装置、方法及原料成分分析  26-30
  2.1 引言  26
  2.2 试验装置  26-27
  2.3 试验原料  27
  2.4 稻草的化学组成及元素成分分析  27-30
    2.4.1 化学组成分析  27-28
    2.4.2 元素分析  28-30
第3章 稻草水热碳化条件对气、液、固三相产物的影响研究  30-40
  3.1 引言  30
  3.2 材料与方法  30-33
    3.2.1 试验材料  30-31
    3.2.2 试验仪器  31
    3.2.3 试验流程图  31
    3.2.4 试验步骤  31-32
    3.2.5 试验指标  32-33
  3.3 结果与分析  33-38
    3.3.1 反应温度对稻草水热碳化的气相产物的影响  33-34
    3.3.2 反应温度和停留时间对稻草水热碳化的液相产物的影响  34-37
    3.3.3 反应温度和停留时间对稻草水热碳化的固相产物的影响  37-38
  3.4 小结  38-40
第4章 稻草生物炭的性能研究  40-51
  4.1 引言  40-41
  4.2 材料与方法  41-42
    4.2.1 试验材料  41
    4.2.2 试验仪器  41
    4.2.3 分析方法  41-42
  4.3 结果与讨论  42-49
    4.3.1 稻草生物炭的性能分析  42-44
    4.3.2 稻草生物炭的元素分析  44-46
    4.3.3 稻草生物炭的吸水性实验  46-48
    4.3.4 稻草生物炭的扫描电镜分析  48-49
  4.4 小结  49-51
结论  51-53
参考文献  53-58
附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文  58-59
致谢  59

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中图分类: > 农业科学 > 农业工程 > 农业动力、农村能源 > 生物能（生物质能）的应用 > 植物能源
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