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《华中农业大学》 2015年
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畜禽粪便热解特性研究

喻斌斌  
【摘要】:近年来畜禽养殖业开始迅猛发展,畜禽粪便引起的环境污染也越来越严重。目前,畜禽粪便的处理技术效率不高,并且容易造成二次污染,而采用热解技术来对畜禽粪便进行处理具有明显的优势,不仅可以有效地降低环境负担,还能使热效率提高,同时得到生物油、固体炭以及热解气等有较高利用价值的产品。但是目前国内关于畜禽粪便的热解特性的研究还比较少。本文以猪粪、牛粪、鸡粪三种畜禽粪便为研究对象,对它们的工业成分、元素成分和热值等基本特性进行了系统测定和分析,并进行了畜禽粪便的热解特性分析和热解动力学分析。主要得到以下结论:1)猪粪、牛粪、鸡粪三种畜禽粪便(干燥基)的工业成分几乎相同,其中挥发分含量分别为68.18%、69.84%、69.53%,牛粪的挥发分最高,热解会比猪粪和鸡粪进行得充分。三种畜禽粪便(干燥基)的各元素含量相差也不大,主要以C和O为主,H、N元素含量较低,S元素含量最低,猪粪、牛粪和鸡粪的C和H元素含量之和分别为48.15%、50.14%、43.94%,牛粪的为最高,因此牛粪热解可能会比猪粪和鸡粪产生更多的气体燃料。对三种畜禽粪便(干燥基)热值分析的结果表明,猪粪和牛粪的热值相当,高位热值分别为16.93KJ/g和16.86KJ/g,低位热值分别为15.35KJ/g和15.34KJ/g,均高于鸡粪,因此猪粪和牛粪热解所需的温度可能低于鸡粪。2)对热解TG和DTG曲线分析得出,升温速率20℃/min下三种畜禽粪便中猪粪和牛粪挥发分释放难易程度相当,均较鸡粪容易,牛粪的最大热解速率最高,最终残留固体最少;随着温度升高,热解产物的生成量增加,在200~400℃热解产物的生成速率最快,热解最剧烈;随着升温速率的增加,牛粪的起始降解温度、最大热解速率及所对应的温度均增加,挥发分更容易析出,但是最终固体残留物也增多。3)采用三种方法进行了畜禽粪便的热解动力学分析,其中FWO法得出了牛粪在不同转化率下的热解动力学参数,发现牛粪的热解活化能随转化率的逐渐增加而降低,转化率为60%时,活化能最低,为157.86KJ/mol,各转化率下热解活化能的平均值为170.60KJ/mol。通过Coats-Redfern积分法确定了三种畜禽粪便的动力学模型均为D6三维扩散模型,机理函数f(α)=3/2(1-α)4/3[(1-α)-1/3-1]-1,求得猪粪的活化能E为87.8KJ/mol,频率因子A为3.5×106min-1;牛粪在升温速率为10℃/min、20℃/min、30℃/min时,活化能E分别为101.5KJ/mol、101.0KJ/mol、102.5KJ/mol,频率因子A分别为4.3×107min-1、2.6×107min-1、3.9×107min-1;鸡粪的活化能E为68.2KJ/mol,频率因子A为3.3×104min-1。Kissinger微分法得到牛粪热解活化能E为132.63KJ/mol,频率因子A为1.58×1011min-1。三种方法比较得出FWO求得的活化能值最高,实验误差最小,对畜禽粪便热解动力学分析的效果最优。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK6

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