紫莖澤蘭微波熱解行為及產(chǎn)物綜合利用研究
發(fā)布時(shí)間：2017-09-06 21:29
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更多相關(guān)文章： 紫莖澤蘭 微波熱解 活性炭 燃?xì)?/b> 生物油/柴油乳化燃料 熱值
【摘要】：有色金屬冶金行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),是機(jī)械設(shè)備、輕工、化工等行業(yè)的主要原材料供應(yīng)者。隨著我國(guó)有色金屬行業(yè)的發(fā)展,在生產(chǎn)過(guò)程中消耗大量的礦石資源和水資源,產(chǎn)生了大量的廢水、廢氣�；钚蕴恳蚱渚哂形饺萘看�、吸附速率快等特點(diǎn),在冶金環(huán)保行業(yè)的污水處理和廢氣的治理中的優(yōu)越性日益明顯。生物質(zhì)因具有儲(chǔ)量豐富、可再生、熱解質(zhì)量收率高等優(yōu)勢(shì),是生產(chǎn)活性炭的優(yōu)良基材。針對(duì)傳統(tǒng)活性炭制備工藝過(guò)程中存在的原料單一、制造工藝存在的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用率不高等問(wèn)題,將微波加熱技術(shù)引入化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑可顯著降低熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程能量消耗,并提高熱解產(chǎn)物特性。本文針對(duì)紫莖澤蘭利用資源現(xiàn)狀、常規(guī)熱解工藝存在的產(chǎn)品利用率不高及熱解效率差異等問(wèn)題,結(jié)合微波加熱特點(diǎn),提出了微波熱解紫莖澤蘭新工藝,并進(jìn)行了熱解產(chǎn)物的綜合利用研究。通過(guò)系統(tǒng)探索微波熱解條件,揭示了微波熱解條件下固、液、氣三相產(chǎn)物調(diào)控規(guī)律及熱解機(jī)理。在分析熱解產(chǎn)物特性的基礎(chǔ)上,研究了微波活化熱解炭聯(lián)產(chǎn)制備高吸附性能活性炭及高熱值、高富氫燃?xì)?并對(duì)生物油制備理化性能優(yōu)異的生物油/柴油乳化燃料的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。在此基礎(chǔ)上,提出了由原料到產(chǎn)物制備和性能調(diào)控的工藝路線,實(shí)現(xiàn)了在活性炭生產(chǎn)過(guò)程對(duì)固、液、氣三相產(chǎn)物綜合利用,取得了一些有意義的結(jié)果,具體如下：系統(tǒng)研究了微波熱解溫度、熱解功率和添加劑對(duì)微波熱解紫莖澤蘭固、液、氣產(chǎn)物得率的影響,得到產(chǎn)物調(diào)控規(guī)律；隨著微波熱解溫度升高,紫莖澤蘭內(nèi)部大分子結(jié)構(gòu)的分解與氣化反應(yīng)使得熱解炭得率逐步下降,熱解燃?xì)獾寐噬�；在熱解溫�?00℃、微波功率1500W時(shí),熱解生物油含量最高；添加劑對(duì)于提高固體產(chǎn)物得率有明顯促進(jìn)作用。微波熱解氣體的主要成分是合成氣(H2+CO)及輕質(zhì)烴,在微波熱解溫度達(dá)700℃時(shí),合成氣含量高達(dá)81.99 vol.%,是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料,熱值在20.75～22.74 MJ/Nm3;得到的熱解炭含碳量均在70%以上,熱值約在25～29MJ/kg,孔結(jié)構(gòu)分析表明在熱解階段主要產(chǎn)生中孔和大孔,可作為活性炭生產(chǎn)的優(yōu)良基材；熱解生物油具有較高的熱值(22～33MJ/kg),通過(guò)改善穩(wěn)定性及理化性質(zhì)則可作為一種液體燃料使用。采用微波與常規(guī)加熱活化熱解炭制備活性炭,系統(tǒng)研究了以活化劑(水蒸氣、CO2)流量,活化時(shí)間及活化溫度對(duì)活性炭產(chǎn)品性能的影響規(guī)律,得到最佳工藝參數(shù)。制備的活性炭孔結(jié)構(gòu)分析表明微波水蒸氣活化制備的活性炭的比表面積最高,達(dá)1357m2/g以上,遠(yuǎn)高于熱解炭。與常規(guī)加熱活化相比,利用微波加熱優(yōu)勢(shì),迅速與活化劑反應(yīng),打開(kāi)熱解炭表面及內(nèi)部孔道,進(jìn)一步提高活性炭吸附性能,縮短反應(yīng)時(shí)間52%,顯著降低活化過(guò)程能耗。對(duì)活化過(guò)程中活化氣體加以分析,得到以水蒸氣活化燃?xì)獾拿芏燃盁嶂捣謩e為：0.51 kg/m3及17.34 MJ/Nm3,氫氣含量可達(dá)70.5 vol.%；二氧化碳活化燃?xì)獾拿芏燃盁嶂捣謩e為：0.7 kg/m 3及16.91 MJ/Nm3,氫氣含量為55.97 vo1.%。采用親水親油平衡(HLB)值法對(duì)生物油/柴油進(jìn)行系統(tǒng)乳化實(shí)驗(yàn),探究乳化條件對(duì)燃料理化特性影響,得到HLB值為7.5的Span-80+Tween-80復(fù)配乳化劑,乳化劑含量為5%,生物油含量為15%,乳化溫度為40℃,乳化時(shí)間5min,攪拌器轉(zhuǎn)速3600r/min的條件下制得的乳化液最為穩(wěn)定,穩(wěn)定時(shí)間達(dá)15天以上,保存4個(gè)月仍無(wú)明顯分層現(xiàn)象。綜上,論文系統(tǒng)研究了微波場(chǎng)中紫莖澤蘭的熱解特性及產(chǎn)物提質(zhì)的理論及工藝。揭示了微波場(chǎng)中三相產(chǎn)物得率的調(diào)控規(guī)律和熱解機(jī)理,顯著提高資源利用率。為熱解炭活化提質(zhì)提供了最優(yōu)活化工藝,在獲得品質(zhì)優(yōu)良的活性炭同時(shí),顯著降低能耗。制得活性炭具有發(fā)達(dá)的比表面積,可廣泛應(yīng)用于冶金環(huán)保行業(yè),且在活化過(guò)程中首次提出活化燃?xì)獾睦?降低環(huán)境污染變廢為寶；采用乳化精制手段對(duì)生物油進(jìn)行提質(zhì),制得穩(wěn)定性?xún)?yōu)異的乳化燃料。本論文研究為生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)及綜合利用提供了一種高效手段。
【關(guān)鍵詞】：紫莖澤蘭 微波熱解 活性炭 燃?xì)?/strong> 生物油/柴油乳化燃料 熱值
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ424.1
【目錄】：
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-14
- 第一章 緒論14-34
- 1.1 生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)換與利用14-19
- 1.1.1 生物質(zhì)資源概述14-15
- 1.1.2 開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能意義15-17
- 1.1.3 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)17-19
- 1.2 紫莖澤蘭資源的利用與發(fā)展趨勢(shì)19-22
- 1.2.1 紫莖澤蘭資源的開(kāi)發(fā)19-21
- 1.2.2 紫莖澤蘭資源綜合利用發(fā)展趨勢(shì)21-22
- 1.3 微波熱解生物質(zhì)22-29
- 1.3.1 微波加熱特點(diǎn)22-24
- 1.3.2 國(guó)內(nèi)外微波熱解生物質(zhì)研究現(xiàn)狀24-29
- 1.4 微波熱解生物油精制29-32
- 1.4.1 生物油精制方法29-32
- 1.5 論文研究目標(biāo)及內(nèi)容32-34
- 1.5.1 研究目標(biāo)及關(guān)鍵問(wèn)題32-33
- 1.5.2 論文主要研究?jī)?nèi)容33-34
- 第二章 實(shí)驗(yàn)部分34-46
- 2.1 實(shí)驗(yàn)原料34-35
- 2.2 資源化處理工藝的確定35-39
- 2.3 微波高溫反應(yīng)設(shè)備39-41
- 2.4 表征方法41-46
- 2.4.1 工業(yè)分析41
- 2.4.2 熱重分析41
- 2.4.3 吸附性能及得率41-42
- 2.4.4 孔結(jié)構(gòu)分析42
- 2.4.5 SEM分析42
- 2.4.6 FT-IR分析42-43
- 2.4.7 微晶結(jié)構(gòu)分析43
- 2.4.8 GC分析43
- 2.4.9 GC-MS分析43-44
- 2.4.10 熱值分析44-46
- 第三章 微波熱解過(guò)程及機(jī)理分析46-58
- 3.1 紫莖澤蘭的熱重-差熱分析46-49
- 3.2 紫莖澤蘭微波升溫特性測(cè)試49-51
- 3.2.1 升溫特性測(cè)試設(shè)備及測(cè)試系統(tǒng)49
- 3.2.2 測(cè)試結(jié)果49-51
- 3.3 微波熱解條件對(duì)固、液、氣產(chǎn)物分布的影響51-55
- 3.3.1 微波熱解溫度對(duì)產(chǎn)物分布的影響51-52
- 3.3.2 微波熱解功率對(duì)產(chǎn)物分布的影響52-54
- 3.3.3 添加劑對(duì)產(chǎn)物分布的影響54-55
- 3.4 微波熱解紫莖澤蘭過(guò)程機(jī)理分析55-57
- 3.5 本章小結(jié)57-58
- 第四章 微波熱解產(chǎn)物性能分析58-92
- 4.1 熱解炭的理化性能分析58-73
- 4.1.1 熱解炭的工業(yè)分析59-61
- 4.1.2 熱解炭孔結(jié)構(gòu)及表面形貌分析61-66
- 4.1.3 熱解炭熱值及炭熱值回收率分析66-68
- 4.1.4 熱解炭FT-IR分析68-71
- 4.1.5 熱解炭微晶結(jié)構(gòu)分析71-73
- 4.2 微波熱解燃?xì)獾男阅芊治?/span>73-82
- 4.2.1 生物質(zhì)熱解燃?xì)獾某煞?/span>74-78
- 4.2.2 生物質(zhì)熱解燃?xì)獾拿芏?/span>78-80
- 4.2.3 生物質(zhì)熱解燃?xì)鉄嶂捣治?/span>80-82
- 4.3 微波熱解生物油的性能分析82-88
- 4.3.1 生物油的物理特性分析82-84
- 4.3.2 生物油的GC-MS分析84-88
- 4.4 微波熱解產(chǎn)物提質(zhì)途徑88-89
- 4.5 本章小結(jié)89-92
- 第五章 熱解炭同時(shí)制備活性炭及富氫燃?xì)庋芯?/span>92-142
- 5.1 實(shí)驗(yàn)方法93
- 5.1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器93
- 5.1.2 樣品測(cè)定93
- 5.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)93
- 5.2 常規(guī)電加熱水蒸氣活化熱解炭93-105
- 5.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品性能分析94-104
- 5.2.2 常規(guī)電加熱水蒸氣活化優(yōu)化結(jié)果104-105
- 5.3 常規(guī)電加熱二氧化碳活化熱解炭105-113
- 5.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品性能分析105-113
- 5.3.2 常規(guī)電加熱二氧化碳活化優(yōu)化結(jié)果113
- 5.4 微波加熱水蒸氣活化熱解炭113-122
- 5.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品性能分析114-122
- 5.4.2 微波加熱水蒸氣活化優(yōu)化結(jié)果122
- 5.5 微波加熱二氧化碳活化熱解炭122-131
- 5.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品性能分析122-131
- 5.5.2 微波加熱二氧化碳活化優(yōu)化結(jié)果131
- 5.6 不同活化工藝的對(duì)比分析131-137
- 5.6.1 不同活化工藝條件及產(chǎn)品吸附性能分析132-133
- 5.6.2 不同活化工藝活性炭孔結(jié)構(gòu)及SEM分析133-137
- 5.7 活化燃?xì)饧盎罨瘷C(jī)理分析137-139
- 5.7.1 水蒸氣活化燃?xì)馓匦匝芯考皺C(jī)理研究137-139
- 5.7.2 CO_2活化燃?xì)馓匦匝芯考皺C(jī)理研究139
- 5.8 本章小結(jié)139-142
- 第六章 微波熱解生物油乳化提質(zhì)及性能調(diào)控研究142-162
- 6.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器142-143
- 6.2 微波熱解生物油/柴油乳化行為研究143-156
- 6.2.1 乳化劑的選擇143-146
- 6.2.2 HLB值對(duì)乳化燃料穩(wěn)定性的影響146-148
- 6.2.3 乳化溫度對(duì)乳化燃料穩(wěn)定性的影響148-150
- 6.2.4 乳化時(shí)間對(duì)乳化燃料穩(wěn)定性的影響150-151
- 6.2.5 乳化強(qiáng)度對(duì)乳化燃料穩(wěn)定性的影響151-153
- 6.2.6 乳化劑濃度對(duì)乳化燃料穩(wěn)定性的影響153-154
- 6.2.7 生物油濃度對(duì)乳化燃料穩(wěn)定性的影響154-155
- 6.2.8 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)乳化燃的影響155-156
- 6.3 微波熱解生物油/柴油乳化燃料物理化學(xué)性質(zhì)156-159
- 6.3.1 生物油含量對(duì)乳化燃料密度影響157
- 6.3.2 生物油含量對(duì)乳化燃料熱值影響157-158
- 6.3.3 生物油含量對(duì)乳化油酸度的影響158-159
- 6.4 本章小結(jié)159-162
- 第七章 結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)162-166
- 致謝166-168
- 參考文獻(xiàn)168-182
- 附錄182-184
【參考文獻(xiàn)】
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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條
1 王鳳e，
本文編號(hào)：805549
本文鏈接：http://sikaile.net/shoufeilunwen/gckjbs/805549.html
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