【摘要】：目前全球的能源消費結(jié)構(gòu)依然是以化石能源為主,尋找代替的能源刻不容緩。生物質(zhì)能作為資源最為豐富的可再生能源之一,近年來已經(jīng)被世界各國學(xué)者所重視。然而,僅憑借常見的有機廢棄物不足以滿足生物質(zhì)能源發(fā)展的原料需求。因此,能源作物進(jìn)入了大家的視線。我國有大量的邊際性土地不能開墾為耕地,但可以種植能源作物,去填補生物質(zhì)能源的原料空缺。本課題探究了一種典型的能源作物——柳枝稷的厭氧消化性能,并系統(tǒng)地比較了各種預(yù)處理的處理效果,探究了最佳的厭氧消化操作條件,利用熱解對實驗產(chǎn)生的沼渣進(jìn)行了處理并對能量回收進(jìn)行了評估。首先,比較了 NaOH、KOH、Ca(OH)2、H2O2、HC1、H2SO4和蒸汽爆破7種預(yù)處理方法在厭氧消化性能提升上對柳枝稷的影響。結(jié)果表明本文選取的所有預(yù)處理方法在室溫(20℃)下均能對柳枝稷的厭氧消化性能進(jìn)行改善,效果最好的是4%NaOH溶液,累積甲烷產(chǎn)量達(dá)到了 197.2mL gvs-1,相比未預(yù)處理的柳枝稷提升了 325.61%。此外3%KOH溶液也有很好的處理效果并且對環(huán)境更為友好。Ca(OH)2和蒸汽爆破預(yù)處理雖然產(chǎn)氣效果提升一般,但能夠明顯縮短厭氧消化遲滯期時間。其次,根據(jù)上文實驗結(jié)果,采用響應(yīng)面法,系統(tǒng)地研究了 3%KOH溶液室溫預(yù)處理的柳枝稷在不同進(jìn)料有機負(fù)荷、接種比和初始pH值下的厭氧消化產(chǎn)氣性能。進(jìn)料有機負(fù)荷從3提升到27.3 gVS/L會使甲烷產(chǎn)量提升,隨后稍稍下降。在所選區(qū)間內(nèi),接種比與甲烷產(chǎn)量之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢,接種比0.5為最優(yōu)條件。對于pH值,從5提升到到9,甲烷產(chǎn)量先上升后下降。響應(yīng)面法模型給出最優(yōu)化條件為進(jìn)料有機負(fù)荷27.30 gVS/L,接種比0.5,初始pH值6.96,在此條件下可以得到299.5 mLgvs-1的累計甲烷產(chǎn)量。最后,結(jié)合上文結(jié)論,本課題在總負(fù)荷為24gVS/L,接種比為1,初始pH值為6.96的反應(yīng)條件下,對柳枝稷進(jìn)行20、37、55和120℃的3%KOH溶液預(yù)處理研究。厭氧消化結(jié)果顯示120℃處理30 min的柳枝稷厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量顯著(P0.01)好于其他各組,達(dá)到了 288.4mL gvs-1 20、37和55℃的預(yù)處理柳枝稷之間沒有顯著性差異。此外,對20℃預(yù)處理組別的沼渣進(jìn)行了 回收熱解實驗,獲得了422 mL gvs-1的熱解氣,即4.43 MJ kgvs-1的能量,結(jié)合厭氧消化產(chǎn)甲烷235.5 mLgvs-1,獲得8.45 MJkgvs-1能量。因此,厭氧消化與熱解兩個過程能夠回收柳枝稷中85.3%的能量。未來的生物質(zhì)能源工業(yè)化應(yīng)用中,在邊際性土地種植柳枝稷,并通過預(yù)處理和厭氧消化過程加以利用可能會成為切實有效的方法。
【圖文】：

圖１－１柳枝稷實物逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ逡逑的氮化物和磷化物，并且殺蟲劑用量極低，有助于改善地表并將其應(yīng)用于生物質(zhì)能源工業(yè)，有助于碳減排。（４）大規(guī)模物提供棲息地，起到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用［１７］。逡逑生物質(zhì)能源發(fā)展必須遵循“不與糧食爭搶耕地”的基本方針，依靠邊際性土地。在邊際性土地上種植柳枝稷，不僅能夠持材料，還能改善生態(tài)環(huán)境ｌｌ８１。Ｚｌｕｍｎｇ等人對我國邊際性進(jìn)行了評估，結(jié)果表明，能夠大規(guī)模發(fā)展能源作物的邊際性。如果能對其中的丨０％進(jìn)行利用，，每年可以增產(chǎn)生物燃料１３國豐富的邊際性土地資源種植能源作物發(fā)展生物質(zhì)能源的前能量轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝主要有兩種：（１）生物化學(xué)途徑，經(jīng)過預(yù)解將其中的糖轉(zhuǎn)化為氣體燃料（甲烷）、液體燃料（乙醇）［２Ｇ】化學(xué)方法，將柳枝稷高溫?zé)峤�、燃燒產(chǎn)生生物油或合成氣，

逑底物、接種物和適量水至工作體積后，通入高純氮氣并用膠塞迅速密封，使反應(yīng)系統(tǒng)逡逑形成厭氧環(huán)境，然后將其置于恒溫３７°Ｃ的培養(yǎng)箱內(nèi)，如圖２－２。每天搖晃藍(lán)蓋瓶１分逡逑鐘，使原料能夠與接種物充分混合。使用壓力計測量藍(lán)蓋瓶頂棚的氣壓，每天的產(chǎn)氣逡逑量可以從曰壓差中計算得出。逡逑圖２－１厭氧消化實驗裝置及排氣裝置逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｆａｃｉｌｉｔｙ邋ｏｆ邋ＡＤ逡逑ｐｉ邋：邋：~|；！逡逑Ｉ曙＂ｊ逡逑卜邋ｉｆ邋邐邐逡逑圖２－２恒溫培養(yǎng)箱逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｃｏｎｓｔａｎｔ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｉｎｃｕｂａｔｏｒ逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X705;TK6

【參考文獻(xiàn)】

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1 黎雪;張彤;鄒書珍;楊改河;王曉嬌;韓新輝;任廣鑫;;不同溫度下NaOH-綠氧聯(lián)合預(yù)處理對麥稈厭氧發(fā)酵的影響[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2015年09期

2 吳春會;楊富裕;高鳳芹;周禾;;微波預(yù)處理對木質(zhì)纖維素產(chǎn)沼氣效能研究進(jìn)展[J];草業(yè)與畜牧;2015年02期

3 裴占江;劉杰;王粟;史風(fēng)梅;高亞冰;張大雷;;pH值調(diào)控對餐廚垃圾厭氧消化效率的影響[J];中國沼氣;2015年01期

4 宋籽霖;孫雪文;楊改河;閆志英;袁月祥;李東;李香真;劉曉風(fēng);;不同溫度下氫氧化鈉預(yù)處理對玉米秸稈甲烷產(chǎn)量的影響(英文)[J];化工學(xué)報;2014年05期

5 朱椏麟;李雷;涂潔磊;楊園靜;楊貴良;;中國能源博弈世界能源——解讀BP世界能源統(tǒng)計[J];文山學(xué)院學(xué)報;2013年03期

6 李硯飛;黃亞麗;代樹智;周勇;鄧有智;周桂英;楊俊芬;;復(fù)合微生物預(yù)處理玉米秸稈產(chǎn)沼氣的試驗研究[J];可再生能源;2013年05期

7 程序;;以生物能源產(chǎn)業(yè)重新振興中國生態(tài)農(nóng)業(yè)[J];中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報;2013年01期

8 李繼偉;左海濤;李青豐;范希峰;侯新村;;柳枝稷根系垂直分布及植株生長對土壤鹽分類型的響應(yīng)[J];草地學(xué)報;2011年04期

9 周殿芳;馬玉龍;謝麗;蔡彥;;堿和雙氧水預(yù)處理玉米秸稈的試驗研究[J];可再生能源;2011年01期

10 陳廣銀;鄭正;羅艷;鄒星星;方彩霞;;堿處理對秸稈厭氧消化的影響[J];環(huán)境科學(xué);2010年09期

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3 李江浩;玉米秸稈氫氧化鉀及蒸汽爆破耦合預(yù)處理厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究[D];北京化工大學(xué);2015年

4 肖瀟;提高木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)厭氧消化性能的堿預(yù)處理方法研究[D];北京化工大學(xué);2013年

5 孫振江;超臨界CO_2萃取檸檬精油的工藝研究[D];西北大學(xué);2012年

本文編號：2686141