【摘要】：我國是農(nóng)業(yè)大國,每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物總量高居世界首位,農(nóng)業(yè)廢棄物的田間焚燒、丟棄造成了巨大的空氣污染和資源浪費。同時以燃煤為能源的火力發(fā)電方式產(chǎn)生了大量的CO_2,因此若利用可再生的農(nóng)業(yè)廢棄物作為能源便可達到較好的經(jīng)濟效益。然而農(nóng)業(yè)廢棄物氯及堿金屬含量高,在熱利用過程中會帶來嚴重的積灰、結渣、腐蝕等問題,嚴重威脅設備的安全、高效運行。高溫時,氯的存在還會促進堿金屬的釋放,加重結渣腐蝕等問題,因此降低燃料中的氯含量就成為了解決結渣腐蝕等問題的關鍵。烘焙是一種有效的生物質預處理手段,能夠降低水分,增強疏水性、可磨性,提高能量密度,有效提升生物質的品質。然而當前研究對烘焙過程中氯、硫、堿金屬和堿土金屬的釋放賦存轉化特性研究不足,若能在改善生物質燃料特性的同時,降低氯、硫含量并改善堿金屬的反應特性,則可以大大拓寬烘焙后生物質的能源化利用。鑒于此,本研究依托國家自然科學基金“生物質成型燃料燃燒顆粒物形成機理研究”和國家青年科學基金項目“富磷農(nóng)業(yè)廢棄物氣化耦合磷遷徙轉化及富集調控機制研究”,研究了高氯生物質玉米稈在烘焙過程中氯、硫、堿和堿土金屬的遷徙轉化特性,并提出混合烘焙和磷基添加劑兩種調控手段促進烘焙過程中氯的釋放,來解決后續(xù)熱轉化過程中氯造成的腐蝕和積灰等問題。本文的主要研究內容如下:首先,使用臥式爐固定床反應器對玉米稈進行烘焙,利用高溫燃燒水解——離子色譜法檢測固體產(chǎn)物氯含量,采用XPS分析氯賦存形態(tài),消解、化學分餾等方法檢測堿和堿土金屬含量及賦存形態(tài)。結果表明玉米稈中的氯主要以堿金屬氯化物形式存在,烘焙后無機氯減少,有機結合氯增加。隨烘焙溫度升高,氯的釋放率及含量增大,300℃玉米稈氯的釋放率約為40%;硫的釋放率增大,但產(chǎn)物中硫含量減少。玉米稈中堿金屬K最為豐富,堿土金屬Ca、Mg含量相當,Na含量極低。烘焙過程中堿及堿土金屬釋放率均較低,但賦存形態(tài)明顯變化,烘焙會使K的離子交換態(tài)比例增加,Ca、Mg的離子交換態(tài)和酸溶態(tài)比例增加。隨后,使用KCl濕混合纖維素、半纖維素和木質素的方法,研究了生物質三組分纖維素、半纖維素和木質素對氯釋放的影響,以及三組分對實際生物質玉米稈中氯釋放的影響。結果表明,生物質三組分能促進KCl中氯的釋放,氯釋放促進效果木質素木聚糖纖維素,但纖維素對氯的釋放作用受烘焙溫度影響明顯,而木質素和木聚糖受溫度影響較小。對于玉米稈,研究發(fā)現(xiàn)木質素和木聚糖能明顯促進玉米稈中氯的釋放,并且木質素的促進效果更好,當木質素摻混量達到20%后,木質素含量不再影響氯釋放率,此時氯釋放率為60%。木聚糖和纖維素也能促進混合樣品中硫的釋放,并且硫的釋放率與木聚糖和纖維素添加量呈線性關系。最后,采用濕混合的方式添加磷酸二氫銨(ADP),研究了ADP添加量對玉米稈不同烘焙溫度下氯釋放的影響。結果表明ADP的添加能夠明顯促進玉米稈中氯的釋放,氯的釋放率最大可達88.4%,烘焙固體產(chǎn)物中的氯含量也大幅降低至1.5mg/g左右,但固體產(chǎn)物中無機氯含量減少,有機氯相對含量明顯上升,同時還發(fā)現(xiàn),ADP的添加能一定程度的促進玉米稈中硫的釋放,但硫的釋放率不隨ADP添加量而改變,ADP的添加明顯促進了離子交換態(tài)Mg的釋放,對K、Ca的釋放率促進效果不明顯,但使Ca由離子交換態(tài)向酸溶態(tài)轉化。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK6
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文物質的利用對于解決能源危機、環(huán)境污染、全球氣候變化及經(jīng)濟發(fā)展等問用，2019 年發(fā)布的《BP 世界能源公告》中表明可再生能源的消耗增長最040 年將成為全球消耗最多的能源。但鑒于生物質存在的諸多缺點，世界對生物質的研究。物質利用技術物質的利用主要包括物理轉化技術、熱化學轉化技術、生物化學轉化技術技術，如圖 1-1 所示不同利用技術各有各的特點。

圖 1-2 烘焙過程中生物質三組分的反應機制三種組分中半纖維素熱穩(wěn)定性最差，而木質素主要由三種苯丙含有較多碳碳雙鍵，苯環(huán)之間通過碳碳鍵和碳氧鍵連接，碳碳而纖維素中糖苷鍵低溫下分解速度慢，糖鏈末端吡喃環(huán)逐級降分解。Wang 等研究了不同木質生物質的烘焙過程認為，低溫纖維素發(fā)生脫乙酰基和解聚反應，半纖維素的主要成分木聚糖焙溫度升高時，木聚糖大量解聚，其他單糖裂解明顯；此時的改變以及木質素中芳基醚和丙烷基支鏈的裂解[30, 31]。烘焙產(chǎn)物包括固、液、氣三種，其中固體產(chǎn)物占比最大，并且產(chǎn)率明顯下降，氣體產(chǎn)率明顯提升。烘焙后，固體產(chǎn)物品質有稈類生物質烘焙處理發(fā)現(xiàn)固體產(chǎn)物的碳含量明顯提升，水分和提升[32]。鄧劍等也發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律，同時他還發(fā)現(xiàn)固體產(chǎn)物改善，更加便于儲存運輸[33]。Chen 等[34, 35]研究發(fā)現(xiàn)柳桉木 2

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