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《武汉轻工大学》 2016年
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秸秆热解能源化利用技术研究

王强胜  
【摘要】:随着世界经济的高速发展和人口的增加,能源短缺和环境问题也越来越严重,能源已成为制约社会经济发展的关键因素。经济地快速增长,必然导致对能源的需求更多。传统的能源如煤、石油、天然气等化石能源是不可再生的,它们的开采已经无法满足人类对能源的需求,因此迫切需要一种新的能源类型解决这一矛盾。生物质能源作为一种可再生能源,有望在未来解决能源短缺问题。其中,农作物秸秆作为一种产量非常大的农业废弃物,可以经过相应的技术手段处理变成优良的能源。传统的处理方法如直接燃烧或炭化等由于对环境的污染比较严重,而且能源利用率较低,因此需要采用新的技术处理农作物秸秆。本论文对农作物秸秆进行了相应地热解研究,为农作物秸秆的高效利用做了参考。具体研究内容如下:首先对武汉东西湖区东山农场收集的农作物秸秆(如棉秆、稻草、玉米秆)进行了预处理并做了相应的特征分析。然后在自制的垂直管式炉中进行了秸秆热解实验,考察了生物质原料种类、热解温度和热解时间对秸秆热解特性的影响。结果表明棉秆的热解效率要高于稻草和玉米秆;热解温度升高会提升燃气中氢气和一氧化碳的含量,同时增大气体产率;热解时间越长,生物质热解就越完全,30min之后热解的产气量以及气体的品质基本不再变化。由于秸秆热解产生的燃气中焦油污染严重,论文采用催化热解技术解决热解过程中焦油污染难题,同时提高燃气品质。为此,本文先研制开发陶粒负载镍基催化剂,即以陶粒为载体,采用均匀沉淀法制备了四种催化剂,分别是Ni-Fe/Creamsite、Ni-Co/Creamsite、Ni-Cu/Creamsite和Ni-La/Creamsite;利用XRD、SEM、BET以及FT-IR等技术手段对催化剂和载体进行表征,结果表明四种催化剂活性成分均为纳米级,它们的活性组分分别是NiO、Fe_2O_3,Co_2NiO_4、Co_3O_4、NiO,(Cu_(0.2)Ni_(0.8))O、CuO、NiO和La_2O_3、NiO、LaNiO_3,而陶粒主要由石英和橄榄石以及少量的尖晶石组成。BET分析表明,四种催化剂均具有较高的比表面积和孔隙结构,具有作为秸秆催化热解催化剂的潜力。论文最后用进行了农作物秸秆催化热解实验,考察了不同催化剂种类、热解温度、热解时间对气体产量以及燃气成分的影响。结果显示Ni-Fe/Creamsit催化剂具有很好的催化热解效率,催化剂的催化效果由高到低为Ni-Fe/CeramsiteNi-La/CeramsiteNi-Co/CeramsiteNi-Cu/Ceramsite。升高催化热解温度有利于改善燃气品质,提高燃气中可燃气成分的含量;900℃时,燃气的产率达83.53%,一氧化碳和氢气含量也达到最大值。本实验条件下,热解时间20min后,产气率和气体成分基本不变,因此本实验条件下20min时催化热解已基本完成。
【学位授予单位】:武汉轻工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O643.3;TQ914.3

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