發(fā)布時(shí)間：2020-05-29 10:29

【摘要】：陜西省是世界公認(rèn)的蘋果最佳優(yōu)生產(chǎn)區(qū),占全國總種植面積的近三分之一,世界總面積的七分之一,每年陜西省蘋果修剪枝干重總量近500萬t,對(duì)蘋果修剪枝進(jìn)行干餾熱化學(xué)轉(zhuǎn)換,可以一次性生成生物炭和熱解氣兩種清潔可再生能源,對(duì)解決農(nóng)村環(huán)境污染問題、減輕農(nóng)村能源供應(yīng)壓力及實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)再生利用具有重要意義。本論文在研究溫度對(duì)生物質(zhì)三組分制備生物炭的干餾特性影響基礎(chǔ)上,以蘋果修剪枝為試驗(yàn)對(duì)象,通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析,系統(tǒng)的探究熱解溫度、升溫速率和保溫時(shí)間對(duì)干餾反應(yīng)的兩種能源產(chǎn)物生物炭和熱解氣的特性影響規(guī)律,為蘋果修剪枝干餾生產(chǎn)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。本論文的研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)果如下:(1)以生物質(zhì)三組分為試驗(yàn)對(duì)象,研究溫度對(duì)生物質(zhì)三組分制備生物炭的干餾特性影響。結(jié)果表明:隨著溫度的升高,生物質(zhì)三組分制備的生物炭產(chǎn)率、揮發(fā)分、H、O、N元素含量逐漸降低,灰分、固定碳、熱值、C元素含量逐漸升高;溫度在500℃時(shí),纖維素和半纖維素制備的生物炭達(dá)到最優(yōu)的比表面積、微孔體積及最大的碘吸附值,其中,纖維素生物炭碘吸附值為422.46mg/g,半纖維素生物炭碘吸附值為115.06mg/g,溫度在600℃時(shí),木質(zhì)素生物炭達(dá)到最優(yōu)的比表面積、微孔體積及最大的碘吸附值460.35mg/g。(2)以蘋果修剪枝為試驗(yàn)對(duì)象,研究溫度、升溫速率和保溫時(shí)間對(duì)蘋果修剪枝制備生物炭的干餾特性影響。結(jié)果表明:隨著溫度的升高,蘋果修剪枝生物炭產(chǎn)率和揮發(fā)分逐漸下降,灰分逐漸升高,固定碳先升高后降低;隨著升溫速率的增大,生物炭產(chǎn)率、灰分和固定碳逐漸下降,揮發(fā)分逐漸升高;隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),生物炭產(chǎn)率和揮發(fā)分逐漸下降,灰分和固定碳逐漸升高。溫度、升溫速率、保溫時(shí)間對(duì)生物炭產(chǎn)率和固定碳含量主效應(yīng)均顯著,溫度與保溫時(shí)間的交互作用對(duì)生物炭產(chǎn)率和固定碳含量影響顯著;在因素水平范圍內(nèi)的交互作用中,溫度在500℃~530℃、升溫速率在2℃/min~3℃/min,溫度在500℃~530℃、保溫時(shí)間在170min~180min,升溫速率最小、保溫時(shí)間最長(zhǎng),這三種情況下,生物炭固定碳含量可達(dá)到最大值。(3)以蘋果修剪枝為試驗(yàn)對(duì)象,研究溫度、升溫速率和保溫時(shí)間對(duì)蘋果修剪枝制備熱解氣的干餾特性影響。結(jié)果表明:隨著溫度的升高,蘋果修剪枝熱解氣的產(chǎn)氣率逐漸升高,熱值先升高后降低,CO含量先降低后升高,CO_2含量持續(xù)下降,CH_4含量先升高后降低,H_2含量逐漸升高;隨著升溫速率的增大,產(chǎn)氣率逐漸下降,熱值基本無變化,CO含量逐漸升高,CO_2含量持續(xù)下降,CH_4含量先降低后升高,H_2含量先升高后降低;隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)氣率逐漸升高,熱值基本無變化,CO含量先降低后升高,CO_2含量呈下降趨勢(shì),CH_4含量逐漸降低,H_2含量逐漸升高;溫度和升溫速率對(duì)熱解氣產(chǎn)氣率主效應(yīng)顯著;在因素水平范圍內(nèi)的交互作用中,溫度最高、升溫速率最小,溫度最高、保溫時(shí)間最長(zhǎng),升溫速率最小、保溫時(shí)間最長(zhǎng),這三種情況下,熱解氣產(chǎn)氣率可達(dá)到最大值。
【圖文】：

2014 年我國蘋果種植總面積為 2272.20 千公頃，其中陜西省為 665.20 千公頃，各省份種植面積比例見圖1-1，陜西省是全球蘋果最佳優(yōu)生產(chǎn)區(qū)之一，其蘋果種植面積占全國的三分之一，世界總面積的七分之一(屈振江等 2008)。蘋果樹每年的修剪量很大，根據(jù)生物量和栽植密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，蘋果修剪枝每畝平均鮮重為 895.71kg，折合干重為 493.09kg(李少陽 2009)，由此可推算陜西省每年蘋果修剪枝干重總量近 500 萬 t。然而這些生物質(zhì)資源大部分被農(nóng)戶用作薪柴，有的甚至直接堆放或焚燒在地頭，，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題。因此，對(duì)蘋果修剪枝的科學(xué)利用成為一項(xiàng)亟待解決的重要課題。蘋果修剪枝灰分含量?jī)H 0.32% (寧黎黎和陳桂華 2008)，而常見水稻桿灰分含量為13.92%、小麥稈 2.76%、油菜桿 7.53%(趙蒙蒙等 2011)，所以，相對(duì)于農(nóng)作物秸稈，蘋果修剪枝是一種很好的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換原料，可以制備高品質(zhì)的生物炭，具有固定碳含量高、熱值高、灰分低等特點(diǎn)，是一種重要的民用、商用清潔能源。生物炭還具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于農(nóng)田土壤改良，進(jìn)一步加工成活性炭后，可應(yīng)用于水質(zhì)凈化、污水處理、廢氣處?

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2686794