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《华南理工大学》 2012年
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海藻微波裂解与干燥实验研究

陈秀峰  
【摘要】:生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气,且与化石能源利用相比,生物质能废弃物排放少,显示出无比的优越性。生物质是地球上最普遍的可再生能源资源,它包括林业生物质、能源作物、农业废弃物、水生植物、城市垃圾和人畜粪便等,海藻类生物质生活在海洋里,不占用耕地,其资源开发的潜力巨大。特别是我国拥有广阔的海洋优势,高效、清洁、合理地利用丰富的海藻资源,对于我国在日后国际能源竞争中占据有利的地位有重大的理论意义与工程应用价值。当今世界范围内,各国对海藻这类海洋生物质的研究还比较少,属于崭新课题。本文主要对海藻微波裂解和干燥进行了系统的实验与理论研究。 通过海藻微波裂解实验,研究了海藻微波裂解特性,结果表明,海藻的裂解过程大致可以分成3个阶段,脱水和干燥阶段,快速裂解阶段和缓慢裂解阶段。同陆地生物质比较,海藻微波裂解条件较易满足。分别考察不同功率、不通气氛、不同料重及不同含水率条件下的海藻微波裂解情况,结果表明,微波功率越大,海藻升温越迅速,所能达到的热解终温越高;总体趋势是,随着微波功率的增大,海藻的转化率增大,固体剩余物减少,气体和液体产物量增大;N_2和CO_2两种气氛下,CO_2气氛比较有益于海藻生物油和焦炭的制取;料重和含水率适中比较有利于海藻微波裂解。 通过加入不同催化剂,研究不同催化剂对海藻微波裂解的影响。主要以活性炭、H_3PO_4、NaOH、MgCl_2,MgO作为研究对象,进行微藻微波裂解实验,比较这5种催化剂对微藻微波裂解的影响。结果表明,以活性炭、酸、碱、金属氧化物及盐为催化剂进行微藻微波裂解可制备生物油及焦炭,由于其不同的分子结构及性质,对裂解产物的影响也是不同的;微藻微波裂解液体产率很低;对于所研究的5种无机添加剂,无论它们是酸性、碱性或是中性,溶于水或不溶于水,均能够显著增加固体产物产率,显著减少气体产物产率。催化剂对液体产率的影响不是很显著。但H_3PO_4和MgCl_2使液体产率提高,NaOH使液体产率降低。 本文第四章进行了海藻恒温干燥实验,分别考察了不同质量、不同初含水率和不同温度下的海藻干燥过程特性,并对海藻干燥过程进行了理论分析。结果表明,海藻干燥过程基本上可分为三个阶段,即短暂的升温段、恒速干燥段和降速干燥段;在升温段,干燥曲线呈抛物线下降,干燥速率从零开始逐渐增加;在恒速干燥阶段,干燥曲线各点的斜率相等,对应的干燥速率也相等;在降速干燥段,干燥曲线斜率明显下降,干燥速率也随之降低,直到曲线接近水平,干燥速率也趋于零;干燥时间随含水率的增加而增加;含水率越大,干燥速率越大,但干燥时间也越长;对于相同初含水率下的海藻进行干燥时,通过实验可以获取最佳的干燥温度值或干燥温度范围;海藻的干燥过程主要包括预热阶段、恒速阶段、降速阶段和平衡阶段四个阶段。随着海藻逐渐被加热,温度升高,干燥速率增大,开始进入蒸发阶段,海藻中的自由水将全部被脱去;接着蒸发过程开始向内部深入,干燥速率逐渐减少,海藻吸收热量温度逐渐升高,整个海藻物料可分为干区、蒸发区和湿区三部分;最后,当海藻内的水分与周围空气介质的水分相平衡时,干燥速率为零,干燥过程结束。 本文最后总结了全文,展望了今后的研究工作。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK6

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