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干燥和烘焙預(yù)處理制備高品質(zhì)生物質(zhì)原料的基礎(chǔ)研究

發(fā)布時(shí)間:2020-12-12 16:07
  生物質(zhì)資源總量巨大,但品質(zhì)較低。生物質(zhì)原料中過多的水分往往會(huì)延遲熱解反應(yīng)、增加供熱成本和破壞熱解液化產(chǎn)物的穩(wěn)定性。此外,生物質(zhì)還具有親水性強(qiáng)、氧含量高、能量密度低、不易儲(chǔ)存且產(chǎn)地分散等缺點(diǎn),造成其在運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及作為能源利用的成本偏高,進(jìn)而限制了生物質(zhì)利用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展;诖吮尘,本文開展了通過干燥和烘焙預(yù)處理制備高品質(zhì)生物質(zhì)熱解原料的研究,系統(tǒng)分析了生物質(zhì)干燥過程的傳熱傳質(zhì)機(jī)理,提出了測定有效水分?jǐn)U散系數(shù)的簡便方法,揭示了烘焙三種產(chǎn)物理化特性的變化規(guī)律,明確了干燥和烘焙預(yù)處理對生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化的影響。(1)生物質(zhì)等溫和非等溫干燥的傳熱傳質(zhì)機(jī)理研究生物質(zhì)干燥是一個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程。在等溫條件下,生物質(zhì)干燥過程可分為升速干燥段、第一降速干燥段和第二降速干燥段,水分與物料結(jié)合力的不同是導(dǎo)致出現(xiàn)不同干燥階段的主要原因。提高干燥溫度和減小顆粒粒徑有助于提高干燥速率,降低最終含水量。干燥動(dòng)力學(xué)分析表明,Midilli模型對秸稈等溫干燥的模擬效果最好,而非等溫Page模型能很好地模擬木屑、稻殼和棉花稈的非等溫干燥過程。傳熱傳質(zhì)有緊密的內(nèi)在聯(lián)系,干燥熱流由水分蒸發(fā)熱流、未蒸發(fā)水分熱容熱流、干秸稈... 

【文章來源】:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】:178 頁

【學(xué)位級(jí)別】:博士

【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
目錄
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 我國能源形勢
        1.1.2 國外生物質(zhì)資源利用現(xiàn)狀
        1.1.3 我國生物質(zhì)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.1.4 生物質(zhì)熱解利用
        1.1.5 生物質(zhì)干燥和烘焙預(yù)處理
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展綜述
        1.2.1 固體干燥技術(shù)概述
        1.2.2 生物質(zhì)干燥機(jī)理
        1.2.3 生物質(zhì)干燥動(dòng)力學(xué)
        1.2.4 生物質(zhì)烘焙產(chǎn)物的理化特性
        1.2.5 烘焙對生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的影響
    1.3 研究方案與技術(shù)路線
    1.4 研究內(nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第2章 生物質(zhì)等溫干燥機(jī)理研究
    2.1 引言
    2.2 理論背景和數(shù)據(jù)分析
        2.2.1 生物質(zhì)水分的存在形式
        2.2.2 含濕量的表示方法
        2.2.3 干燥過程中的傳熱和傳質(zhì)
        2.2.4 表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制
        2.2.5 平衡含濕量
        2.2.6 含濕比
    2.3 基于烘箱干燥的生物質(zhì)干燥特性研究
        2.3.1 實(shí)驗(yàn)原料
        2.3.2 實(shí)驗(yàn)條件
        2.3.3 等溫干燥曲線及分析
        2.3.4 溫度和初含水量對干燥速率的影響
        2.3.5 顆粒粒徑對干燥速率的影響
        2.3.6 生物質(zhì)組分對干燥過程的影響
    2.4 基于熱重分析的生物質(zhì)干燥特性
        2.4.1 實(shí)驗(yàn)原料
        2.4.2 實(shí)驗(yàn)儀器和方法
        2.4.3 水分傳輸特性
        2.4.4 熱量傳輸特性
    2.5 生物質(zhì)干燥動(dòng)力學(xué)研究
        2.5.1 干燥動(dòng)力學(xué)起源
        2.5.2 干燥模型的數(shù)學(xué)評價(jià)
        2.5.3 秸稈干燥動(dòng)力學(xué)分析
    2.6 傳熱傳質(zhì)的數(shù)值模擬
        2.6.1 熱量傳輸?shù)臄?shù)值模擬
        2.6.2 秸稈比熱容測定
        2.6.3 秸稈熱流數(shù)值模擬
    2.7 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第3章 等溫兩步法測定有效水分?jǐn)U散系數(shù)
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
    3.3 干燥動(dòng)力學(xué)分析
    3.4 等溫兩步法的數(shù)學(xué)形式
    3.5 結(jié)果與討論
        3.5.1 等溫條件評價(jià)
        3.5.2 水分傳輸特性
        3.5.3 有效擴(kuò)散系數(shù)和干燥活化能
        3.5.4 干燥動(dòng)力學(xué)分析
        3.5.5 計(jì)算結(jié)果的評價(jià)
    3.6 改進(jìn)的等溫兩步法
        3.6.1 實(shí)驗(yàn)部分
        3.6.2 等溫條件評價(jià)
        3.6.3 內(nèi)部擴(kuò)散評價(jià)
        3.6.4 對改進(jìn)等溫兩步法的評價(jià)
    3.7 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第4章 生物質(zhì)非等溫干燥機(jī)理研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器和方法
    4.3 熱重曲線分析
    4.4 非等溫干燥動(dòng)力學(xué)分析
        4.4.1 計(jì)算方法
        4.4.2 干燥活化能的物理意義
    4.5 熱質(zhì)傳輸機(jī)理
        4.5.1 水分傳輸分析
        4.5.2 熱量傳輸分析
    4.6 傳熱傳質(zhì)的數(shù)值模擬
    4.7 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第5章 非等溫一步法測定有效水分?jǐn)U散系數(shù)
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
    5.3 非等溫一步法的數(shù)學(xué)形式
    5.4 結(jié)果與討論
    5.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第6章 干燥預(yù)處理對生物質(zhì)熱解影響的研究
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 原料
        6.2.2 熱解實(shí)驗(yàn)
        6.2.3 組分和結(jié)構(gòu)分析
    6.3 基于熱重分析的秸稈干燥前后熱解特性研究
        6.3.1 AS-8試樣的熱解特性
        6.3.2 DS-1試樣的熱解特性
        6.3.3 WS-16試樣的熱解特性
        6.3.4 干燥對秸稈熱解TG和DTG曲線的影響
        6.3.5 干燥對生物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的影響
        6.3.6 熱解動(dòng)力學(xué)
    6.4 干燥對稻殼熱解特性和熱解產(chǎn)物影響的研究
        6.4.1 實(shí)驗(yàn)部分
        6.4.2 小型熱解裝置
        6.4.3 Py-GC/MS實(shí)驗(yàn)
        6.4.4 干燥前后稻殼熱解特性分析
        6.4.5 干燥前后稻殼組分和結(jié)構(gòu)的變化
        6.4.6 熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
        6.4.7 小型裝置熱解產(chǎn)物的分析
        6.4.8 稻殼快速熱解產(chǎn)物的分析
    6.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第7章 生物質(zhì)烘焙預(yù)處理改性提質(zhì)研究
    7.1 引言
    7.2 實(shí)驗(yàn)部分
        7.2.1 實(shí)驗(yàn)原料
        7.2.2 烘焙實(shí)驗(yàn)方法
        7.2.3 樣品標(biāo)號(hào)
        7.2.4 實(shí)驗(yàn)重復(fù)性和可靠性
        7.2.5 理化性質(zhì)分析
    7.3 烘焙對稻殼化學(xué)組成的影響
    7.4 烘焙對稻殼組分含量的影響
    7.5 烘焙對稻殼固體產(chǎn)率和能量產(chǎn)率的影響
    7.6 烘焙對稻殼表面形貌和結(jié)構(gòu)的影響
    7.7 烘焙對稻殼研磨性能的影響
    7.8 烘焙對稻殼疏水性的影響
    7.9 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第8章 稻殼烘焙過程機(jī)理的研究
    8.1 引言
    8.2 實(shí)驗(yàn)部分
        8.2.1 實(shí)驗(yàn)原料
        8.2.2 熱重分析
        8.2.3 紅外光譜分析
        8.2.4 熱重-紅外聯(lián)用分析
        8.2.5 氣相色譜分析
        8.2.6 液體產(chǎn)物GC-MS分析
    8.3 基于組分分析的烘焙過程機(jī)理研究
    8.4 基于產(chǎn)物分布的烘焙過程機(jī)理研究
        8.4.1 烘焙固體產(chǎn)物的紅外光譜分析
        8.4.2 烘焙液體產(chǎn)物的成分分布
        8.4.3 烘焙氣體產(chǎn)物的成分分布
    8.5 基于熱紅聯(lián)用技術(shù)的烘焙過程機(jī)理研究
        8.5.1 溫度曲線
        8.5.2 烘焙失重曲線
        8.5.3 TG-FTIR分析
    8.6 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第9章 烘焙對稻殼熱解液化影響的研究
    9.1 引言
    9.2 實(shí)驗(yàn)部分
        9.2.1 實(shí)驗(yàn)原料
        9.2.2 TG-FTIR實(shí)驗(yàn)
        9.2.3 Py-GC/MS實(shí)驗(yàn)
        9.2.4 小型裝置上的熱解實(shí)驗(yàn)
    9.3 基于TG-FTTR的烘焙對稻殼熱解影響的研究
        9.3.1 烘焙固體產(chǎn)物的熱解特性
        9.3.2 熱解氣態(tài)產(chǎn)物的生成特性
    9.4 基于小型熱解裝置的熱解液體產(chǎn)物分析
    9.5 基于Py-GC/MS的熱解液體產(chǎn)物分析
    9.6 “烘焙-熱解”兩段式流程圖
    9.7 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
總結(jié)與展望
    1 工作總結(jié)
    2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)
    3 工作展望
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
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[4]燃煤/秸稈成型燃料層燃混燒試驗(yàn)研究[J]. 劉聯(lián)勝,茍湘,陸俊,高彥華,賀長浩.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012(08)
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[7]生物質(zhì)熱反應(yīng)機(jī)理與活化能確定方法Ⅱ.熱解段研究[J]. 陳登宇,朱錫鋒.  燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2011(09)
[8]生物質(zhì)熱反應(yīng)機(jī)理與活化能確定方法Ⅰ.干燥段研究[J]. 陳登宇,朱錫鋒.  燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2011(08)
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博士論文
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[2]熱解稻殼炭基多孔材料的制備、表征及應(yīng)用基礎(chǔ)[D]. 李大偉.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
[3]生物油的烯烴改性精制及應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D]. 楊續(xù)來.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[4]生物質(zhì)選擇性熱解液化的研究[D]. 陸強(qiáng).中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[5]生物質(zhì)高溫氣流床氣化制取合成氣的機(jī)理試驗(yàn)研究[D]. 趙輝.浙江大學(xué) 2007
[6]秸稈干燥過程的實(shí)驗(yàn)研究與理論分析[D]. 雷廷宙.大連理工大學(xué) 2006

碩士論文
[1]用于混合氣化的生物質(zhì)烘焙預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王貴軍.上海交通大學(xué) 2010
[2]農(nóng)業(yè)秸稈烘焙與高質(zhì)化應(yīng)用耦合研究[D]. 朱波.華中科技大學(xué) 2011



本文編號(hào):2912879

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