【摘要】：我國是農(nóng)業(yè)大國,每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物總量高居世界首位,農(nóng)業(yè)廢棄物的田間焚燒、丟棄造成了巨大的空氣污染和資源浪費(fèi)。同時(shí)以燃煤為能源的火力發(fā)電方式產(chǎn)生了大量的CO_2,因此若利用可再生的農(nóng)業(yè)廢棄物作為能源便可達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。然而農(nóng)業(yè)廢棄物氯及堿金屬含量高,在熱利用過程中會帶來嚴(yán)重的積灰、結(jié)渣、腐蝕等問題,嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全、高效運(yùn)行。高溫時(shí),氯的存在還會促進(jìn)堿金屬的釋放,加重結(jié)渣腐蝕等問題,因此降低燃料中的氯含量就成為了解決結(jié)渣腐蝕等問題的關(guān)鍵。烘焙是一種有效的生物質(zhì)預(yù)處理手段,能夠降低水分,增強(qiáng)疏水性、可磨性,提高能量密度,有效提升生物質(zhì)的品質(zhì)。然而當(dāng)前研究對烘焙過程中氯、硫、堿金屬和堿土金屬的釋放賦存轉(zhuǎn)化特性研究不足,若能在改善生物質(zhì)燃料特性的同時(shí),降低氯、硫含量并改善堿金屬的反應(yīng)特性,則可以大大拓寬烘焙后生物質(zhì)的能源化利用。鑒于此,本研究依托國家自然科學(xué)基金“生物質(zhì)成型燃料燃燒顆粒物形成機(jī)理研究”和國家青年科學(xué)基金項(xiàng)目“富磷農(nóng)業(yè)廢棄物氣化耦合磷遷徙轉(zhuǎn)化及富集調(diào)控機(jī)制研究”,研究了高氯生物質(zhì)玉米稈在烘焙過程中氯、硫、堿和堿土金屬的遷徙轉(zhuǎn)化特性,并提出混合烘焙和磷基添加劑兩種調(diào)控手段促進(jìn)烘焙過程中氯的釋放,來解決后續(xù)熱轉(zhuǎn)化過程中氯造成的腐蝕和積灰等問題。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,使用臥式爐固定床反應(yīng)器對玉米稈進(jìn)行烘焙,利用高溫燃燒水解——離子色譜法檢測固體產(chǎn)物氯含量,采用XPS分析氯賦存形態(tài),消解、化學(xué)分餾等方法檢測堿和堿土金屬含量及賦存形態(tài)。結(jié)果表明玉米稈中的氯主要以堿金屬氯化物形式存在,烘焙后無機(jī)氯減少,有機(jī)結(jié)合氯增加。隨烘焙溫度升高,氯的釋放率及含量增大,300℃玉米稈氯的釋放率約為40%;硫的釋放率增大,但產(chǎn)物中硫含量減少。玉米稈中堿金屬K最為豐富,堿土金屬Ca、Mg含量相當(dāng),Na含量極低。烘焙過程中堿及堿土金屬釋放率均較低,但賦存形態(tài)明顯變化,烘焙會使K的離子交換態(tài)比例增加,Ca、Mg的離子交換態(tài)和酸溶態(tài)比例增加。隨后,使用KCl濕混合纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的方法,研究了生物質(zhì)三組分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素對氯釋放的影響,以及三組分對實(shí)際生物質(zhì)玉米稈中氯釋放的影響。結(jié)果表明,生物質(zhì)三組分能促進(jìn)KCl中氯的釋放,氯釋放促進(jìn)效果木質(zhì)素木聚糖纖維素,但纖維素對氯的釋放作用受烘焙溫度影響明顯,而木質(zhì)素和木聚糖受溫度影響較小。對于玉米稈,研究發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素和木聚糖能明顯促進(jìn)玉米稈中氯的釋放,并且木質(zhì)素的促進(jìn)效果更好,當(dāng)木質(zhì)素?fù)交炝窟_(dá)到20%后,木質(zhì)素含量不再影響氯釋放率,此時(shí)氯釋放率為60%。木聚糖和纖維素也能促進(jìn)混合樣品中硫的釋放,并且硫的釋放率與木聚糖和纖維素添加量呈線性關(guān)系。最后,采用濕混合的方式添加磷酸二氫銨(ADP),研究了ADP添加量對玉米稈不同烘焙溫度下氯釋放的影響。結(jié)果表明ADP的添加能夠明顯促進(jìn)玉米稈中氯的釋放,氯的釋放率最大可達(dá)88.4%,烘焙固體產(chǎn)物中的氯含量也大幅降低至1.5mg/g左右,但固體產(chǎn)物中無機(jī)氯含量減少,有機(jī)氯相對含量明顯上升,同時(shí)還發(fā)現(xiàn),ADP的添加能一定程度的促進(jìn)玉米稈中硫的釋放,但硫的釋放率不隨ADP添加量而改變,ADP的添加明顯促進(jìn)了離子交換態(tài)Mg的釋放,對K、Ca的釋放率促進(jìn)效果不明顯,但使Ca由離子交換態(tài)向酸溶態(tài)轉(zhuǎn)化。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK6
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文物質(zhì)的利用對于解決能源危機(jī)、環(huán)境污染、全球氣候變化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等問用，2019 年發(fā)布的《BP 世界能源公告》中表明可再生能源的消耗增長最040 年將成為全球消耗最多的能源。但鑒于生物質(zhì)存在的諸多缺點(diǎn)，世界對生物質(zhì)的研究。物質(zhì)利用技術(shù)物質(zhì)的利用主要包括物理轉(zhuǎn)化技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)技術(shù)，如圖 1-1 所示不同利用技術(shù)各有各的特點(diǎn)。

圖 1-2 烘焙過程中生物質(zhì)三組分的反應(yīng)機(jī)制三種組分中半纖維素?zé)岱�(wěn)定性最差，而木質(zhì)素主要由三種苯丙含有較多碳碳雙鍵，苯環(huán)之間通過碳碳鍵和碳氧鍵連接，碳碳而纖維素中糖苷鍵低溫下分解速度慢，糖鏈末端吡喃環(huán)逐級降分解。Wang 等研究了不同木質(zhì)生物質(zhì)的烘焙過程認(rèn)為，低溫纖維素發(fā)生脫乙�；徒饩鄯磻�(yīng)，半纖維素的主要成分木聚糖焙溫度升高時(shí)，木聚糖大量解聚，其他單糖裂解明顯；此時(shí)的改變以及木質(zhì)素中芳基醚和丙烷基支鏈的裂解[30, 31]。烘焙產(chǎn)物包括固、液、氣三種，其中固體產(chǎn)物占比最大，并且產(chǎn)率明顯下降，氣體產(chǎn)率明顯提升。烘焙后，固體產(chǎn)物品質(zhì)有稈類生物質(zhì)烘焙處理發(fā)現(xiàn)固體產(chǎn)物的碳含量明顯提升，水分和提升[32]。鄧劍等也發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律，同時(shí)他還發(fā)現(xiàn)固體產(chǎn)物改善，更加便于儲存運(yùn)輸[33]。Chen 等[34, 35]研究發(fā)現(xiàn)柳桉木 2

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本文編號：2730473