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[硕士论文] 邢勇强
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本文在对国内外生物质成型技术研究现状调研分析基础上,以生物质成型技术为研究背景,为解决当今生物质成型机在制备生物质成型颗粒中存在功耗高、品质差和产量低等问题,进行了生物质成型特性实验研究和理论分析,以期为生物质成型技术的开发、成型设备的研制和成型颗粒的生产提供基础数据和理论指导。
  基于支持向量回归机和热重分析法,构建了预测生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的机器学习模型,该模型对生物质三组分的含量预测拟合度高且误差小,能够较好地预测生物质三组分含量。进而利用该机器学习模型预测毛竹、玉米秸秆和稻草秸秆中三组分含量,可看出该模型对实际生物质三组分含量预测仍具有较好效果。
  应用单纯形格子混料设计法,构建了基于纤维素、半纤维素和木质素质量分数的生物质成型过程中比能耗和松弛密度的回归预测模型,研究了生物质三组分混料比例对于生物质成型特性的影响规律,研究表明该回归预测模型能较好预测比能耗和松弛密度。进一步采用该模型预测了棉花秸秆、毛竹和玉米秸秆成型中比能耗和松弛密度,结果表明该模型对于实际生物质具有良好的预测效果。
  利用自行设计搭建的生物质成型工艺参数实验平台,在考虑生物质组成成分因素下,研究了物料种类、物料粒径、物料含水量、成型速率和保型时间等因素对生物质成型中比能耗和松弛密度的影响规律,综合评估各工艺参数对于生物质成型中比能耗和松弛密度的影响程度,以获得生物质成型中最优工艺参数组合。研究表明生物质成型实验中最优工艺参数:物料种类为棉花秸秆、物料粒径为<0.075mm、物料含水量为20%、成型速率为50mm/mm和保型时间为110s。
  进行生物质成型机成型模孔实验,以降低成型中比能耗和提高生物质颗粒的松弛密度为目标,考虑物料种类、模孔长径比、开口锥角和内壁粗糙度等因素对于生物质成型中比能耗和松弛密度的影响规律。综合分析得出最优生物质成型机成型模孔参数即物料种类为棉花秸秆、模孔长径比设置为7∶1、模孔开口锥角设置为15°和模孔内壁粗糙度设置为3.2。
[硕士论文] 贾吉秀
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国是农业大国,农作物秸秆资源丰富、种类繁多,然而废弃或就地焚烧的秸秆接近3亿吨,造成了严重的环境污染和资源浪费,同时随着农业的过度开发、化肥的过度使用,导致土壤质量下降和重金属污染日益严重。生物质热解炭化技术是秸秆综合利用的重要途径之一,其主要产物为生物炭,在土壤改良、重金属吸附和固碳减排等方面具有重要作用,副产物为生物油和热解气,在化工和能源方面具有一定的应用。
  本文在查阅国内外热解炭化技术及装备研究现状的基础上,针对目前生物质连续设备生产效率低,工艺参数难以控制等问题,通过理论研究、计算机模拟、装备试制及试验分析,实现有关技术参数的优化。主要研究工作及创新之处如下:
  (1)热解炭化机理研究,通过查阅国内外文献,研究热解相关的工艺参数和热解机理,明确热解温度、加热时间和反应压力等对热解反应的影响;研究热解产物生物炭、热解气和热解油的理化性质,以制定满足设计要求的工艺路线。
  (2)连续热解炭化工艺研究,提出连续热解过程中分段加热技术,利用不同区域形成的特定温度场对生物质原料进行热解炭化,并依据此原理进行了五段热解炉设计,运用ANSYS对五段热解炉形成的温度场进行仿真模拟,得到分段式温度场。
  (3)热解炭化设备研究,根据工艺路线进行各个部件的设计或选型,包括热解反应器设计、连续进料装置设计、油气分离装置设计、热解气燃烧器设计和电机、减速机、压力表及流量计的选型等。
  (4)热解试验研究,包括设备前期调试过程中,以粉碎的玉米秸秆和花生壳为原料进行设备参数标定的冷态试验,以及后期开展的热解炭化试验,结果表明,本热解炭化设备实现生物质的连续热解炭化,原料处理量可达到25kg/h,加热时间可在5min-60min范围内调节,热解炭化温度可达到700℃,热解炭化产物生物炭、热解油和热解气均可收集计量,达到了设计要求。
[硕士论文] 仉利
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:生物质热解是一种热化学转化技术,可以将农作物秸秆或薪柴等转换为品质较高的能源,已成为当今世界热点之一。生物质热解产生的高温气体称为生物质热解气,经除尘、冷凝、除焦等工艺过程分别得到不可冷凝气(即生物质燃气)和可冷凝气(包括生物质焦油、木醋液和水蒸汽)。生物质燃气可以直接用于燃烧,经冷凝得到的焦油可以作为重要化工原料。目前生物质热解技术后端产业链尚未完全打开,焦油未被得到有效利用且除焦过程中易造成二次污染,大量焦油被就地掩埋,给土壤造成严重污染。因此,解决生物质热解气利用过程中存在的问题成为当务之急。
  本文利用生物质热解气直接燃烧技术,设计了一台生物质热解气燃烧设备,生物质热解气不进行任何处理,直接供于该燃烧设备燃烧,其结构主要包括燃烧器、供风系统、燃烧室及换热器等。燃烧室中设计了催化裂解装置,生物质热解气燃烧的同时进行催化裂解反应,探索催化剂在燃烧过程中对生物质热解气的影响。试验气源来自连续生物质热解炭化设备。
  本文以花生壳为原料,在炭化温度为500℃、热解时间30min的条件下进行连续热解炭化。试验结果表明:当生物质热解气的过剩空气系数为1.16时,燃烧效率达到最大值;与天然气相比,生物质热解气燃烧所需空气量较高;当燃烧过程中加入催化剂(白云石),燃烧所需过剩空气系数为1.18时,其燃烧效率达到最大值,与未加入催化剂相比,燃烧所需空气量偏高;NOx的排放量在过剩空气系数为最佳值时达到最高。
  在正常燃烧状态下,燃烧设备性能较好:火焰为淡蓝色、燃烧稳定、烟气排放量符合国家标准,燃烧效率能够达到98%左右,满足设计负荷;在催化剂的作用下,燃烧产生的烟气成分有微量的变化,烟气中O2含量由2.1%升高到2.4%、CO2含量由26.2%升高到27.2%。
[硕士论文] 李康春
制冷及低温工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:本文介绍了国外国内沼气综合利用概况。为解决沼气的热值不高、利用领域有限的问题,提出开发沼气制取生物质LNG工艺。在此基础上,利用模拟软件Aspen HYSYS对工艺进行模拟计算以及优化。最后进行可行性试验和效益分析。试验结果表明:沼气制取生物质LNG工艺不仅具有较高的经济效益,而且对环境保护和社会效益具有积极的影响。
  本课题主要进行了下述工作:
  第一,介绍了我国对能源需求巨大,能源供需和环境保护均面临着严峻考验,阐述了国外沼气产业发展进程,结合我国沼气行业发展历史,阐明开展研究沼气制取生物质LNG的必要性和重要性。
  第二,对沼气特性进行了分析,指出在沼气制取生物质LNG中,必须要进行净化,并介绍了多种沼气净化工艺。
  第三,阐述了液化天然气技术,并以此为基础,结合沼气的特点,开发出相应的沼气制取生物质LNG工艺。
  第四,应用化工模拟软件Aspen HYSYS,选择适当的状态方程以及模块,建立模型。根据初始工艺条件,完成生物质甲烷液化模拟计算。利用模拟软件,分析混合制冷剂各个组分(氮气、甲烷、乙烷、丙烷和异戊烷)以及制冷剂压力等参数对液化流程性能的影响,并在此基础上,进行部分工艺参数的优化计算。
  最后,对沼气制取生物质LNG工艺进行中试试验,并对该工艺的综合效益进行分析和评价。
[博士论文] 王洋
电气工程及其自动化和动力工程及工程热物理;可再生能源与清洁能源 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:煤和生物质是我国火力发电的主要燃料。燃料中碱金属钾和钠的存在,能够造成锅炉的积灰、结渣和腐蚀等一系列问题,严重影响锅炉的经济、安全运行。生物质中碱金属钾的含量较高而钠的含量较低,煤中碱金属的含量普遍较低,但高钠煤(如准东煤)中钠的含量较高。因此,根据生物质和煤燃料特性的不同,论文主要研究生物质中碱金属钾的释放规律,以及碱金属钠和钾对灰熔融特性的影响规律。
  通过实验探究了负载KCl的纤维素、木聚糖、木质素、果胶和松木在热解过程中Cl和K的释放和迁移规律以及CH3Cl的生成机理。研究发现,部分KCl中的K以有机K的形式转移到了有机物中,并在更高的温度下得到释放。负载KCl的松木、木质素和果胶由于含有碳环上的甲氧基官能团,能在热解中产生大量的CH3Cl,CH3Cl主要在低温下(200-350℃)生成,因而能够被高温和高升温速率所抑制。
  利用智能灰熔融仪研究了合成灰中Na2O的含量对灰熔融温度的影响。实验表明,当灰分中Na2O的含量低于3%时,提高Na2O的含量能够降低合成灰的初始变形温度,但对软化温度、半球温度和流动温度影响较小;当灰分中Na2O的含量在3-10%范围内时,提高Na2O的含量能够使合成灰的4个特征温度全部降低。利用FactSage7.0软件包计算了随着灰分中Na2O含量升高和温度升高的过程中矿物质的变化趋势。热力学分析表明,钠长石、霞石的产生是提高Na2O的含量能够降低灰熔融温度的原因,含钠矿物质的产生替代了熔点更高的含钙矿物质(如钙长石),同时与含钙矿物质发生低温共熔,从而降低灰的熔融温度。
  研究了不同成分合成灰中K2O的含量对灰熔融温度的影响。实验表明,对于CaO含量较低(0-5%)的煤灰,适量增加K2O的含量(0-5%)有助于降低灰分的初始变形温度、软化温度和半球温度,但对流动温度几乎没有影响;对于CaO含量较高(20-25%)的煤灰,适量增加K2O的含量(0-5%)能够使灰的4个特征温度全部降低;对于生物质灰,当K2O的含量低于30%时,增加K2O的含量有助于降低灰熔融温度,继续增加K2O的含量(至50%)则对灰熔融温度几乎没有影响。经过热力学计算分析可知,K2O对灰熔融温度的降低作用与含钾矿物质钾长石、白榴石的产生相关,含钾矿物质能与其他矿物质发生低温共熔,降低灰熔融温度。
  研究了煤灰中不同氧化物的含量对灰熔融温度的影响。向煤灰中分别添加Na2O、MgO、SO3和CaO来探究它们对灰熔融特性的影响规律。研究表明,提高Na2O的含量(0-5.5%)能够降低煤灰的熔融温度,这与在合成灰中得到的结论相吻合;提高SO3的含量(6.5-13%)能够升高煤灰的熔融温度;提高MgO的含量(3-9%)对煤灰的熔融温度起到先降低后升高的作用;提高CaO的含量(13-47%)对煤灰的熔融温度起到先降低后升高的作用。
[硕士论文] 葛瑞刚
动力工程 东北电力大学 2017(学位年度)
摘要:通过热解来制取生物质液体燃料是对生物质利用方式中最具有产业化发展前景的技术之一,已成为目前各国研究者关注的焦点。但生物质化学结构中含氧官能团丰富,是缺氢多氧物质,导致其热解液化焦油产率低、含氧量高,制约了生物质焦油的应用。生物质加氢热解是利用外部氢与热解产生的自由基结合以增加自由基的稳定性,从而减少自由基之间的聚合,不但提高了生物质油的产率还提升了生物质油的热值,但氢源的昂贵价格使得这一工艺的工业化实现有较大的经济成本阻力。CH4/CO2重整能够产生活性氢原子,CO2是最大宗的温室气体,CH4是天然气和焦炉气的主要成分,通过将这两种气体的重整后作为热解气氛不仅成本低且环保。因此本论文在自行搭建的管式炉热解试验系统上,以提高生物质油产率和热值为目标,研究以CH4/CO2重整反应的产物作为热解反应气氛,对不同反应条件下生物质热解油产率进行考察,并利用 Design-Expert软件中Box-Behnken Design(BBD)设计模块的优化方案功能确定最佳运行工况,并通过试验给予验证。
  在自行搭建的管式炉上考察了 CO2和 CH4/CO2重整气氛下稻壳和玉米秸秆的热解过程,结果表明:CH4/CO2重整与生物质热解过程相结合可以提高生物质油的产率,稻壳和玉米秸秆呈现相同的趋势,生物质油产率均高于CO2气氛;CH4/CO2重整气氛下热解水的产率也明显高于 CO2气氛。针对影响生物质热解油产率的影响因素,探究了气氛、终温、升温速率以及停留时间等因素对生物质油产率的影响,以确定最佳的反应条件,结果表明:生物质热解焦油产率随温度的升高呈先增大后减少的趋势,并在500℃时达到最高;升温速率越大热解油产率越高;停留时间在30min前对焦油产率影响明显,30min后基本没有影响。
  为进一步考察各因素对生物质油产率的影响,采用 Design-Expert软件对 CH4/CO2重整气氛下影响稻壳和玉米秸秆生物质油产率的因素及各因素的交互作用进行模拟分析,结果表明:停留时间对稻壳和玉米秸秆热解生物质油产率影响最显著;稻壳交互作用中升温速率和停留时间的交互作用对生物质油产率影响最为显著,而玉米秸秆的交互作用中终温和停留时间的交互作用最为显著。
  采用Design-Expert软件中的 Box-Behnken Design(BBD)设计模块中的优化方案功能,分别研究了稻壳和玉米秸秆热解油产率最高时的反应条件。并对优化方案进行试验验证,结果表明:稻壳的最佳工艺条件是终温524.64℃,升温速率64.54℃/min,停留时间31.35min,最高产率为36.51%;玉米秸秆的最佳工艺条件是终温为510.95℃,升温速率56.71℃/min,停留时间27.31min,最高产率为45.36%。
[硕士论文] 李俊舸
动力工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着生物质能逐渐成为各国能源组成的重要部分,对于生物质热解和燃烧的研究也越来越多,尤其是对其热解机理的研究也是逐渐深入,包括各种化学反应模型的提出以及动力学模拟,也取得了很多重要的成果,但是总结之前的研究来看,大多数研究是通过实验的方法研究反应条件对生成物的影响,对于反应机理与动力学研究有的只是对表观动力学参数的计算,或者是在惰性气氛下建立化学反应模型,对于氧气参与的热解与燃烧过程的研究并不完善,因此为了体现氧气对于热解的影响,需要建立一个与氧浓度相关的热解动力学模型。
  本文对四种生物质的热解和燃烧进行了系统的试验研究和模拟。在不同升温速率和氧浓度下进行了TG-FTIR联用实验,分析了升温速率和氧浓度对于热解过程的影响,基于热重实验建立了一个两步反应同时涉及氧浓度的多组分生物质热解动力学模型并使用格子Boltzmann方法对生物质颗粒热解中的传热传质行为进行了模拟。
  首先,进行了TG-FTIR联用实验研究了升温速率和氧浓度对热解的影响,实验表明生物质热解是一个复杂的过程,首先是低温下经过脱水过程使水分开始析出,之后发生一系列解聚反应,生成小分子气体以及一些大分子有机组分,温度继续升高之后大分子二次降解生成CO等气体;升温速率对反应速率有所促进但对气相产物组成和表观活化能没有影响,氧浓度对活化能的影响则表现为先降后升趋势,同时氧浓度的增加使挥发分中的还原性气体析出量减少。
  其次,建立了一个两步反应的多组分生物质热解动力学模型并对生物质的热解进行动力学模拟,拟合计算了动力学参数并进行了动力学模拟,模拟结果与实验相比的质量残差在2%左右,得到纤维素热解活化能范围为89.44~110.7 kJ/mol,半纤维素为52.21~59.90kJ/mol,木质素为34.14~38.85 KJ/mol,焦炭燃烧为11.45~24.05 kJ/mol,并模拟了各组分的质量变化及焦炭的生成。
  最后,使用格子Boltzmann方法模拟了生物质颗粒热解中的传热传质过程,研究了热解过程中温度的变化规律以及颗粒尺寸对传热过程的影响,并通过与文献中使用差分法计算的结果进行对比,得到了很好的一致性;同时研究了热解过程中孔隙的变化情况以及达姆科勒数对孔隙率的影响,同样通过与文献对比证明了格子Boltzmann方法可以用于生物质颗粒热解的模拟。
[硕士论文] 赵奇
生物工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:生物质是丰富存在的、可再生的、具有取代化石能源潜力的能源。在能够降解木质纤维素微生物中,嗜热厌氧的热纤梭菌(Clostridium thermocellum)是目前所知的降解纤维素最快的菌株。它进化形成一个高度组织化的、多酶复合体—纤维小体,来实现对纤维素的高效降解。
  热纤梭菌难以分纯,在环境中和一些非纤维降解菌生长在一起。我们发现共培养热纤梭菌(Clostridium thermocellum)和热厌氧热解糖杆菌(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum)明显促进了纤维素向生物燃料的转化。
  在本文第二章,我们研究了两种菌的相互关系,并发现了纤维素降解效率变化的背后机制,与之前所得出的两者是一种互利共生的关系的结论不同的是,热纤梭菌和热厌氧热解糖杆菌是一种偏害共生的关系。虽然非纤维降解菌热厌氧热解糖杆菌通过热纤梭菌降解木质纤维素获得更多的纤维二糖和葡萄糖,解除热纤梭菌的碳阻遏效应。但是,结果表明热厌氧热解糖杆菌在共培养系统中明显阻遏了热纤梭菌的生长。与热纤梭菌相比,热厌氧热解糖杆菌具有更强的代谢优势,我们也加入能够刺激热厌氧热解糖杆菌生长的碳源,来调控和平衡微生物菌群,促进纤维素的降解和转化。
  在本文的第三章,根据先前的研究发现,混合培养C.thermocellum JN4和非纤维素降解菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum GD17比单独培养JN4产生更多的H2,然而提高的原因不明。在研究中,我们从进化和基因组的角度分析了两种菌的氢酶基因,分别在JN4和GD17证实了5种和4种[FeFe]型氢酶,并且两种菌各有一种Ech[NiFe]型氢酶。通过转录水平的数据分析,JN4编码氢酶的基因受碳源葡萄糖和纤维二糖调控。而GD17则不受调控,但与单培养相比,混合培养可以使GD17氢酶基因的转录发生变化。而JN4没有改变。通过代谢水平的分析,GD17产H2的速率是JN4的4-12倍。这些结果可以得出混合培养过程中氢气提高的原因是由于GD17引起的。进一步实验表明,在混合培养中两种菌执行专一化的任务,提高混合菌中非纤维素降解菌的比例可以提高生物氢的产出。所以如何调控混合菌群各个菌的比例是今后的发展研究方向。
  总之,本文主要探讨了热纤梭菌JN4和非纤维素降解菌株GD17在降解木质纤维素培养过程中的共生关系,提出了两种菌不是互利共生,而是偏害共生关系。同时证实了两种菌共培养时氢气产量提高是由于非纤维素降解菌GD17所导致的。这些研究为我们设计和优化纤维素降解菌和非纤维素降解菌组成的微生物菌群、提高纤维素转化奠定基础。
[硕士论文] 吴婷婷
供热、供燃气、通风及空调工程 中原工学院 2017(学位年度)
摘要:生物质水热碳化处理技术是利用至少处于饱和压力的热水快速将生物质转化为高含碳量和高热值的固体产物,可以实现固定有机碳和有效利用生物质能的目的。由于其产物用途广泛,受到了国内外研究者的广泛关注。随着该技术的发展和推广应用,液体产物的有效利用成为了急需解决的关键问题之一。因此,本文依托国家自然科学基金项目“湿解环境下生物质湿解残液中碳元素的迁移固存机制研究”,以麦秆为反应物料,回收麦秆水热碳化反应后的液体产物为溶剂,结合有机元素(CHNS)分析仪、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)和热重(TG-DTG)分析仪对麦秆水热碳化固体产物元素组成、化学官能团、微观结构以及热稳定性的测试结果,以及高效液相色谱与质谱联用仪(HPLC-MS)、离子色谱和碘量法对液相产物中5-羟甲基糠醛(5-HMF)和糠醛、乙酸、还原糖浓度的定量分析,在不同反应条件下,对反应溶液的资源化利用进行了全面系统研究。主要工作为:
  (1)建立了考虑灰分的生物质全组分反应动力学模型,并用麦秆在反应温度200~240℃,反应时间30~180min的水热碳化反应实验数据进行了模型验证,计算了麦秆水热碳化反应动力学参数,结果表明,生物质组分在水热碳化过程中相互作用,互相影响,麦秆半纤维素与纤维素的水热反应的活化能分别为54 kJ/mol和136kJ/mol。
  (2)在间歇式反应釜中,回收220℃和120min麦秆水热碳化反应溶液作为溶剂,在160~240℃,120min反应条件下,进行了麦秆的水热碳化试验研究。研究发现,随反应温度的升高,麦秆水热碳化固体产物产率与纯水环境时相比增加约2~5%,固体产物有序化、芳香化的程度以及热稳定性都有所增加。液体产物中还原糖浓度从7.572 g/L下降至2.753 g/L,乙酸浓度由2.698 g/L增加至6.852 g/L,而糠醛与5-HMF的浓度变化较小。乙酸的累积对水热碳化过程有催化作用,回收反应溶液有益于液体产物中碳的固存和反应强度的降低。
  (3)以220℃和120min麦秆水热碳化反应溶液作为溶剂,进行了反应温度为220℃,停留时间为120min及液固比为30的反应条件下,反应溶液循环利用10次的麦秆水热碳化反应试验研究。研究结果表明,当反应溶液循环次数不断增加时,固体产物产率及固碳率也不断增加,固体产物的有序化程度、微晶结构接近石墨化程度、热稳定性均有所增加;水溶产物产率及碳质量分数不断减少,当反应溶液循环至6次以后,水溶产物产率为15%,碳质量分数为5%,变化幅度不大;液相产物中还原糖、糠醛和5-HMF的浓度不断减小,而乙酸浓度则一直增加,在水热碳化反应中起催化剂的作用。当过程水循环至最后一次时,乙酸浓度达18.32g/L。
  (4)以添加量分别为0.5、1.0、2.0、4.0葡萄糖水溶液作为溶剂,在220℃,120min及液固比为30的反应条件下,对麦秆的水热碳化反应进行研究。研究结果表明,随葡萄糖添加量的增加,固体、气体产物产率逐渐增加,液体产物产率逐渐减小。当加入4g葡萄糖时,固体产物产率为68.56%。固体产物聚合物的红外吸收特征峰、XRD衍射峰及热稳定性降低。与纯水环境下的液相产物相比,糠醛、5-HMF和乙酸浓度均有所增加,而5-HMF增加幅度最大,当反应中加入4g葡萄糖时,5-HMF浓度为20.21g/L。
[硕士论文] 张正钧
材料科学与工程 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着资源被不断消耗,常规能源对环境的极大污染,让人们意识到了研发新型清洁能源的必要性和紧迫性。生物质能源作为一种可再生能源,具有非常大的开发价值与研究价值,生物质燃料的开发和利用是当今社会保护环境的一种重要措施,有非常大的发展前景。
  本文以粉碎加工后的玉米秸秆作为实验和研究对象,通过对影响生物质燃料成型的影响因素进行深入分析,得出主要因素,并以此作为依据,设计并且开展了实验,采用自主设计的不同尺寸规格的模具,通过实验的方法对影响生物质燃料成型的各主要影响因素进行了探究。利用实验的方法对玉米秸秆物料的料粒度、物料的含水率、成型模具的长径比、成型模具的开口锥度以及成型模具保压孔长度对生物质燃料成型品质的影响进行研究,通过对实验所得到的玉米秸秆致密成型棒料的松弛密度进行测定以及对其表面质量进行观测,得出最优的工艺条件:预热温度T=80℃、成型压力P=10MPa左右、成型模具锥度TA=10°、保压孔长度L=30mm、成型模具长径比AP=5:1、物料料粒度S≤3.5mm、物料含水率M=16%时,成型燃料的品质最好。
  针对实验所获得的成型燃料,通过跌碎试验以及渗水性试验对其抗跌碎性以及抗渗水性方面的物理特性进行测试研究,以此来检验成型燃料在实际情况下运输以及存放等的性能。对生物质燃料的成型机理进行了理论分析和研究,并借助扫描电子显微镜(SEM)对生物质燃料的微观形貌进行了观测并对其加以描述,从微观的角度对其成型机理加以探究,并对比了不同成型条件下生物质燃料横、纵截面的微观形貌,更加深入地探索其最佳成型工艺。
  依据实验所获取的最优工艺条件以及对生物质燃料成型机理以及微观形貌的探究,设计了一种新型生物质平模成型机。成型机的平模板引入斜面设计,有利于物料在平模板上的均匀分布,并且把平模板设计成双面对称,提高了平模板的利用率。采用平行分度凸轮机构作为切料装置,对燃料进行间歇性切料。采用三个压辊同时工作的设计使成型速度大大提升。在压辊的轴的末端,引入齿轮齿条机构,对压辊上凸模与平模板上成型孔提供了精确啮合,提高成型机的运行效率。并且利用三维软件Creo将设计好的成型机建立了数字化样机。
  利用有限元分析软件ANSYS对生物质燃料在单模孔内的成型过程进行了模拟,分析了成型过程中模具以及物料的应力分布情况,为生物质燃料的成型工艺以及成型模具的优化提供参考。基于平模所使用的40Cr钢S-N曲线以及其损伤机理,利用ANSYS Workbench的Fatigue Tool模块对平模板的疲劳寿命进行了分析。
  通过对生物质燃料成型开展了理论分析、实验、测试以及数值模拟,本课题为生物质燃料优化成型工艺以及生物质燃料成型设备的开发提供了参考和借鉴。
[硕士论文] 刘璐娟
环境科学 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:生物油是指生物质在惰性氛围下经过高温快速热解得到的液体燃料,具有含水量高和含氧量高等缺点,经过提质才能使用。通过催化加氢技术可以将生物油转化为高品质燃料和高附加值的化学品,其中催化剂的作用非常关键。本文选取苯酚、苯甲醚、愈创木酚作为生物油模型化合物,糠醛作为生物油平台化合物,制备负载型的Ni2P和NiB催化剂,利用XRD、TEM、N2吸脱附和XPS表征手段对催化剂进行了分析,评价了这两种催化剂对不同生物油模型化合物和平台化合物的催化性能,并结合实验结果对反应机理进行了分析。
  (1)通过EISA的方法合成了介孔材料C-SiO2-Al2O3(简称C-S-A),并通过共浸渍法制备了 Ni2P/C-S-A和 Ni/C-S-A催化剂。随着活性组分负载量的升高Ni2P/C-S-A的Ni2P粒径逐渐增大,比表面积和孔容逐渐降低。Ni/C-S-A中镍粒径为12.3 nm。对比考查了在油水两相体系中,Ni2P/C-S-A和Ni/C-S-A对苯酚的加氢脱氧效果,结果发现,后者催化苯酚的转化率和环己烷的选择性均较前者低,说明 Ni2P/C-S-A具有更强的加氢脱氧活性。之后考查了活性组分负载量、反应温度和反应时间对 Ni2P/C-S-A催化性能的影响。反应温度为250℃,时间为3h时,苯酚的转化率和环己烷的选择性随活性组分负载量的升高先升后降,在负载量为25%时达到最高,为68.7%,环己烷选择性为54.3%。苯酚的转化率和环己烷的选择性随反应温度的升高先升后降,250℃时环己烷的收率最高,为23%。将反应时间从2 h延长至7 h,环己烷的收率逐渐升高,说明延长时间有利于加氢脱氧反应的进行。
  (2)制备了非晶态催化剂NiB/SiO2-Al2O3,该催化剂比表面积为357 m2/g,平均孔径为4.8 nm。研究结果表明,在B的修饰作用下,Ni处于富电子状态,从而使非晶态 NiB/SiO2-Al2O3催化剂的加氢脱氧活性要远高于晶态Ni/SiO2-Al2O3催化剂。反应温度从170℃增至290℃,苯甲醚和愈创木酚的转化率呈升高趋势,两者的产物环己烷的产率分别从2%和0.9%升至47.5%和41.6%。在260℃时,反应时间由3 h延长至7 h,苯甲醚和愈创木酚的产物环己烷的选择性分别从33.5%和38.2%升至50.4%和57.1%。因此提高反应温度和延长反应时间有利于提高催化剂NiB/SiO2-Al2O3的加氢脱氧催化。
  (3)以 NiB/SiO2-Al2O3为催化剂,对糠醛进行加氢脱碳反应。反应条件为290℃、7 h时,在 Ni/SiO2-Al2O3作用下,四氢呋喃的收率仅为46%,而在NiB/SiO2-Al2O3的作用下,其收率为72.9%,说明NiB/SiO2-Al2O3对糠醛具有更高的加氢脱羰活性。之后考查了反应温度和时间对NiB/SiO2-Al2O3催化效果的影响,结果表明产物四氢呋喃的选择性受温度影响较小,反应温度为290℃时,时间从3 h延长至7 h,其收率由19.2%逐渐升至72.9%,说明高温下延长时间有利于四氢呋喃的生成。
  综上所述,在油水两相体系中,Ni2P/C-S-A对苯酚具有很好的加氢脱氧效果;催化剂NiB/SiO2-Al2O3具有很好的加氢脱氧和脱羰活性。
[硕士论文] 宋飞跃
动力工程及工程热物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:随着日益严重的能源危机,生物质能的开发已经得到世界各国的高度重视。生物质热解技术因能得到气、液和固态三相产物而受到广泛关注。木质纤维素类生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,三种组分不同的热解特性导致生物质热解较为复杂,而部分重叠的热解温度区间和部分相同的热解产物使三组分在热解过程中存在相互耦合的影响。基于此,本文采用纤维素、半纤维素和木质素,通过热重分析仪和Py-GC/MS分别对生物质三组分之间的热解相互作用进行了深入研究。
  首先,本文利用两种实验仪器对三组分分别进行热解实验,明确了三组分的热失重特性和热解产物的组成及分布。热重结果表明纤维素在三组分中的热失重速率最大,木质素最小;木质素的热解温度区间最广泛,纤维素最窄;木质素的焦炭产率最高,纤维素的挥发分产率最高;半纤维素的热稳定性最差,也最先开始热解。GC/MS结果表明纤维素的热解产物主要是以左旋葡聚糖为主的糖类,还有一些酸类、酮类等小分子产物;半纤维素的主要热解产物种类最多且以小分子酸类、酮类和醛类等产物为主;木质素的热解产物种类最少,热解产物主要是以愈创木酚为主的酚类。
  其次,本文对生物质三组分进行不同比例的混合,利用热重分析仪从热失重曲线方面研究三组分之间的相互作用,结果发现纤维素和半纤维素之间的相互作用能够抑制纤维素热失重过程中的失重速率,并且增大了纤维素的热解温度区间,但对半纤维素的热失重过程并无明显影响;当混合样品中木质素的含量较多时,半纤维素和木质素之间的相互作用能够促进半纤维素的反应速率,但对木质素无明显影响;纤维素和木质素之间的相互作用使得纤维素的反应速率下降,并且随着混合样品中木质素含量的增多,下降的越明显,而且其也能够减少混合样品中固体产物的产率;然后采用C-R积分法进行了活化能计算,验证了热重实验结果。
  最后,本文利用Py-GC/MS实验仪器探讨了三组分之间的相互作用对热解产物种类和某些产物产率的影响,结果表明纤维素和半纤维素之间的相互作用对纤维素的热解起到了抑制作用,并且降低了左旋葡聚糖的产率,提高了羟基丁酮的产率;木质素的存在并未抑制半纤维素的热解过程,且半纤维素和木质素之间的相互作用提高了半纤维素某些小分子产物如羟基丁酮的产率,而半纤维素的存在则降低了木质素中愈创木酚的产率;纤维素和木质素之间的相互作用促进了小分子产物的产率,但是抑制了左旋葡聚糖和愈创木酚的产率。
[硕士论文] 张映
化工过程机械 广西大学 2017(学位年度)
摘要:生物质能是资源丰富、分布广泛的可再生能源。生物质热解气化技术能灵活且高效率地利用生物质资源,大力发展生物质热解气化技术,对于解决能源危机、环境污染等问题具有重大意义,而生物质气化炉作为热解气化系统的核心部件,对其流场及气化性能指标的研究具有重要的意义。
  随着计算流体力学的飞速发展,数值模拟在生物质气化研究方面得到了广泛的应用。本文以一种生物质气化炉为研究对象,采用FLUENT软件对其冷态气相流场进行数值模拟,得到了其压力场和速度场的分布规律,通过模拟结果与多点测压实验结果对比验证了模型的可靠性,并且采用不同的栅板开孔率及旋流片角度组合分析气化炉内部结构对其流场的影响,结果表明:气化炉内气流主要做螺旋上升运动,具有切向、轴向、径向三个方向的速度,其中切向速度占据主导位置,且压力损失和速度随流量增大而增大,切向速度在气化炉下部(Z1=0.5m)呈明显的“驼峰”分布,而在气化炉中上部(Z2=0.86m,Z3=1.29m),则呈现“双峰”分布;轴向速度基本呈现“M”形分布;栅板开孔率主要影响气化炉内压降、轴向速度以及湍流强度强弱,而旋流片角度则主要影响切向速度及湍流强度分布。
  然后建立简化条件下生物质气化炉气化模型,分析研究了水蒸气/生物质质量比(S/B)、空气当量比(ER)、颗粒粒径、内筒深度对于气化炉出口气体组分、有效气体、气体热值和碳转化率等主要气化性能指标的影响,结果表明:随着水蒸气/生物质质量比(S/B)、空气当量比(ER)、生物质颗粒粒径的增大,气化炉产气有效气体成分(CO+H2)、产气热值、碳转化率都呈现下降趋势。而气化炉的内筒深度对其气化性能有较大影响,适当增大气化炉的内筒深度有利于气化反应的进行,当气化炉内筒深度由632mm增大到1032mm,气化炉有效气体摩尔分数由33.9%增大到47.3%,气体热值由4.14MJ·Nm-3增大到5.73 MJ·Nm-3,而碳转化率则由62%增大到93%。
[硕士论文] 秦丹丹
化学工程与技术 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:脂肪酸是一类羧酸化合物,由碳氢组成的烃类基团连接羧基所构成。脂肪酸可作为特殊化学品用于食品、医药、农业领域,而在能源问题和环境问题日益严重的今天,脂肪酸最吸引人的地方是其可衍生化为生物柴油和生物汽油,用于制成混合生物燃料。其衍生物羟基脂肪酸,不仅可用作药物前体、表面活性剂、化妆品和食品工业中的添加剂,还可作为聚羟基脂肪酸的单体,制造生物可降解材料。
  目前脂肪酸的生产主要以动物油或植物油为原料,采用高温高压水解或酶法水解的方式,以及石蜡氧化法等。然而,从植物或动物中得到的脂肪酸成分不均一,性能不稳定,存在批次差异,且动物来源的脂肪酸可能有微量内毒素,影响其应用于医药、食品工业。目前,越来越多的注意力转移到利用微生物生产脂肪酸的方向上来。
  本课题利用离子液体预处理竹粉,进一步用酶或酸将其催化水解为还原糖供给生物体合成脂肪酸及衍生物。我们构建了工程菌株 DQ101/pDQTES和DQ101/pDQTESZ,以葡萄糖为底物时,这两种菌株均能高效生产脂肪酸,产量分别为2.45 g/L和3.32 g/L。以木糖为底物时,二者的脂肪酸产量低于葡萄糖,分别为2.32 g/L和2.96 g/L。当以六碳糖和五碳糖的混合糖为底物时,DQ101/pDQTESZ的脂肪酸产量达到了2.81 g/L。
  我们进一步利用离子液体酶催化竹粉水解液为碳源,DQ101/pDQTESZ能生产1.23 g/L脂肪酸,产率为0.13 g/g,但当以离子液体酸催化竹粉水解液为碳源时,其仅能生产0.65 g/L脂肪酸。该结果表明,离子液体预处理的酶催化竹粉水解液是一种能更高效生产脂肪酸的原料。
  适应性实验室进化是一种有效的代谢工程方法,它能使微生物通过有益突变的累计达到遗传变异,从而选择有益的表型。据此,我们对构建的产脂肪酸菌株DQ101进行了90天的适应性进化,此过程中离子液体的浓度由1%逐步增加至7%(w/v)。进化后菌株DQ102在含7%(w/v)离子液体培养基中培养24 h后,OD600能达到4.93。
  菌株DQ102/pDQTES发酵离子液体酸催化竹粉水解液能生产1.12 g/L脂肪酸,生产力为0.023 g/L-h,而菌株DQ102/pDQTESZ的脂肪酸产量更高,能达到2.29 g/L,生产力为0.048 g/L-h。此结果表明适应性实验室进化能作为一种有效的代谢工程工具,应用于生物燃料、日用品和特殊化学品的生产。
  在此基础上,我们对大肠杆菌发酵简单碳源从头合成羟基脂肪酸进行了研究。菌株DQ101(pDQTES,pACYC-P450bm3)发酵葡萄糖能生产86.3 mg/L羟基脂肪酸,而菌株DQ101(pDQTESZ,pACYC-P450bm3)能生产154.6 mg/L羟基脂肪酸,是其1.79倍。此研究打破了传统的使用脂肪酸作为底物的方法,进一步为可再生碳源为底物工业生产羟基脂肪酸奠定了基础。
[硕士论文] 曹岗林
热能工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:甘肃省兰州市花庄镇甘肃荷斯坦奶牛繁育中心—中荷沼气工程热电联供系统应用沼气内燃机发电的同时对发酵塔、储气罐和进料进行增温保温。但内燃机运行中所产生的余热不能满足对原料预热以及维持发酵塔中温恒温发酵。为保证该沼气工程的产气稳定,解决因环境温度低而造成发酵塔内温度跨度较大的问题。通过构建一套太阳能与发电余热的增温保温系统,保证发酵塔在不同季节均能维持恒温厌氧发酵。阐述了系统的原理,并对系统各部分的热量进行理论计算。改进后的系统应用有机朗肯循环对烟气余热进行回收,使系统的总效率提高。
  本研究主要内容包括:⑴对原有的沼气工程进行全面分析,得出沼气工程的主要散热部分为发酵塔和储气罐,需热部分为进料。其中散热损失占总需热量的5.9%-15.8%,进料需热量占总需热量的84.2%-94.1%。该沼气工程现阶段仅依靠内燃机发电余热回收系统在寒冷季节无法提供系统所需热量,内燃机余热仅可保证发酵塔在夏天维持37℃左右发酵。其它季节,余热回收系统热量无法满足系统在适宜的温度下发酵。⑵对该工程进行改造,新系统中增加太阳能对原料进行增温,其余热量用于发酵塔和储气罐进行保温。结果表明,该沼气工程需热量7531.9 MJ·d-1,太阳能与发电余热系统供热量7623.4 MJ·d-1,可使发酵塔夏季和其他季节分别维持在52℃和37℃恒温发酵,完全满足该工程的热量需求。所需太阳能集热面积为256m2,鲜牛粪总固体质量分数为27.5%,进料量为40 m3·d-1,将鲜牛粪稀释到总固体质量分数为8%时,所需水量为28.4m3。兰州1月份自来水平均温度0.5℃,太阳能集热器出口的水温为50℃,此时所需太阳能循环水3.6 m3,自来水为24.8m3。⑶基于“温度、品位对口,能量梯级利用”的原则,文中利用有机朗肯循环对低温烟气余热进行回收利用。利用Aspen plus软件对余热回收部分进行模拟研究,分析基本的有机朗肯循环,得出其发电效率和效率分别为8.17%和54.16%;进行乏气回热改进后,得发电效率和效率分别为9.42%和62.61%。回热系统相比基本的有机朗肯循环发电效率和效率分别增长1.25%和8.45%。⑷利用太阳能与发电余热系统不仅能够为沼气工程提供充足的热量,同时对烟气运用有机朗肯循环,使系统的能源利用效率显著提高。
[硕士论文] 曹忠耀
热能工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:畜禽养殖业的规模化带来了不可忽略的环境污染问题。沼气工程将养殖场产生的粪污进行厌氧发酵,既解决了环境污染问题,又得到了可利用能源,具有重要的推广意义。但是,西北地区冬季寒冷漫长,导致大多沼气工程在实际运行中普遍存在产气率低和产气量不稳定的现象。本文基于对兰州花庄大型沼气发电工程的实地调研,对该工程运行9年以来的整体性能进行了分析,并总结了沼气发电工程实际运行所遇到的问题。为了解决花庄沼气工程发酵温度不稳定、系统运行连续性差等问题,整合太阳能集热系统、恒温厌氧发酵系统、内燃机发电系统和沼气锅炉热利用系统,构建了一套多种可再生能源耦合的新型热电联产系统,并从经济性、节能性、环保性等方面对新系统进行了全面的评价。
  本研究主要内容包括:⑴系统的初始工艺符合实际工程,9年运行期内系统基本能够稳定运行,具有可推广性;累计收益239.1万元,节省标煤1724吨,减少CO2排放4211吨;政策扶持力度不够、工程配套装备质量差和运行管理不规范等因素是造成工程后期运行效果差、综合效益没有最大化以及企业主体缺乏积极性的关键原因。⑵针对现在沼气工程存在的问题,整合太阳能集热系统、恒温厌氧发酵系统、内燃机发电系统和沼气锅炉热利用系统,构建了多能互补的热电联产系统。以兰州花庄奶牛场的实际情况为基础,对现有系统进行优化,构建一套太阳能—沼气锅炉—发电余热耦合的新型热电联供系统,并对新系统的关键部分进行了设计和选型。⑶优化后的系统年产气量达到51.9万m3,增幅比达到400%;优化后系统年发电量达到71.3万 kWh,增幅比达到390%,占全年养殖场用电量的70.2%;系统年增益为24.9万元,静态投资回收期为1.1年;改进后的系统具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。⑷优化后的各个子系统的成本差均不大,整个系统的能量转换效率比较高,经过热电联产优化后系统具有较优的热经济性;优化后系统总效率在20%~33%之间,冬季较小,夏季最大,春秋季位于其间;优化后的系统全年产出的经济系数为0.417元/kWh,大大低于市场电价,说明该养殖场采取这种模式运行的热电联产系统是切实可行的。
[硕士论文] 赵媛媛
工程热物理 山东建筑大学 2017(学位年度)
摘要:冬季利用换热器加热沼气池,使沼气池温度保持在中温发酵,增大沼气池产气量,是解决村镇建筑供暖的有效途径之一。
  提出设计了沼气池中加热换热器。依据沼气池形状以及换热特点,对沼气池内加热换热器进行了设计计算。分析计算了沼气池容积、沼气池冬季加热热负荷、换热器形式、换热盘管管径及管间距、热源大小与参数、循环水泵、自动控制系统等内容。
  搭建安装了多组加热换热器及其监测系统。进行多工况优化、监测比较分析。换热器分别安装在池底和池壁,其中池壁安装了两组换热器;沼气池内均匀布置了9个测温点,对沼气池温度进行实时采集,全面反映试验中沼气池温度场状况;测试点分上、中、下3层,层距400mm。每层测温点沿半径方向等距离分布。
  建立了沼气池加热换热器系统传热模型,利用CFD对系统进行了数值模拟,对影响传热因素进行了分析讨论,并与实验测试结果进行了对比分析。
  进行了沼气池多组加热换热器实验研究。利用多组加热换热器及其监测系统,调节三组换热器分别对沼气池进行加热,对底部换热器和中间换热器进行了联合加热。设定了加热温度波动范围(34℃±1℃),对实验结果进行了整理分析。
  研究结果表明:影响换热器传热效果主要因素有:沼液加热功率,沼液温度场均匀程度、沼液维持适当温度是影响沼气池产量的主要因素。另一方面,加热换热器形式、敷设方式等对加热效果也有较大影响。这些研究结果对我国寒冷地区冬季利用加热沼气池采暖有一定指导意义。
[硕士论文] 李克亮
动力工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:随着社会的发展能源的日益消耗,能源危机将不仅制约当今世界经济的发展很大程度上也威胁到人类的生存,所以寻求新的能源,实现可持续的绿色清洁的发展,已经成为世界各国的发展的重中之重的大问题。众所周知,化石能源储量有限,且化石能源的利用伴随严重环境污染问题,而生物质催化气化得到的混合气是一种较为清洁的能源形式,能应用于燃气轮机,且我国生物质资源丰富、生物质催化气化制取混合气的技术成熟,因此对此混合气燃烧特性的研究具有实用价值。
  在此研究背景基础上,本文采用国内外主流的 P LIF(P la nar la ser ind uced fluores ce nce)技术对燃烧火焰稳态燃烧场进行高精度测量。主要研究内容:气体组分、C O2稀释率对混合气扩散燃烧火焰的O H基分布和火焰开口的影响;气体组分、CO2稀释率、当量比对混合气预混燃烧火焰的OH基分布和燃烧速率的影响。
  通过混合气扩散燃烧 PLIF实验得出以下结论:⑴混合气扩散火焰尖端出现了火焰开口现象,通过对前锋面上各点拉伸率的计算可知,此现象是由火焰尖端处的负拉伸作用造成的。⑵相同的C O2稀释率的条件下,组分中H2含量的增加,拉伸率的绝对值增大,混合气扩散燃烧火焰对火焰尖端开口更为明显;不同 CO2稀释率条件下,随着 CO2稀释率的增加,拉伸率的绝对值减小,火焰开口明显程度降低。⑶相同CO2稀释率的条件下,从CHEMKIN软件的模拟结果可知,OH基产率和OH总产率的峰值增加率小,此外OH基整体分布区域变大,因此OH基浓度逐渐减低;不同C O2稀释率条件下,随着CO2稀释率添的增大,可燃气体组分减少,同时降低火焰温度,OH基浓度降低。
  通过混合气预混燃烧 PLIF实验得出以下结论:⑴ CO2稀释率增加,混合气预混燃烧火焰前锋面高度降低,燃烧速率显著下降;随着CO2稀释率的增加,OH基的整体分布区域减小,整体分布高度降低。⑵组分中 H2含量的增加,前锋面高度降低,火焰燃烧速率显著增加;部分 H2扩散到外围扩散燃烧区域燃烧,OH基的分布区域变大,且OH基高浓度分布区域由前锋面附近向火焰边界附近移动。⑶当量比增加,前锋面高度降低,火焰燃烧速率增大,在当量比1.0之前燃烧效率增长速度比当量比高于1.0时快;当量比的增加,燃料过剩,可燃气体不能充分燃烧,扩散到外部与外部空气发生扩散燃烧,OH基浓度也从前锋面附近向火焰外边界移动。
[硕士论文] 张丹阳
环保装备及工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:焦油是生物质气化过程中不可避免的副产物,它的成分非常复杂,大部分为芳香族化合物,包括苯、甲苯、二甲苯、萘、苯酚和苯乙烯等。焦油对用气设备、气化系统、生态环境和人体健康等会产生十分不利的影响,因此如何将焦油脱除或者降低焦油含量成为生物质气化过程中一个非常关键的问题。
  本文首先介绍了生物质气化技术以及生物质焦油的形成机理、危害和脱除方法,对目前最先进、最有效的焦油脱除方法催化裂解法的研究现状进行了描述。同时,介绍了生物质焦油模化物的选取、SiC多孔泡沫陶瓷、催化剂的制备以及催化裂解实验主要衡量指标等,为后续实验提供了理论基础。
  本文将苯酚作为生物质焦油的模化物,SiC多孔泡沫陶瓷作为Ni基催化剂的负载体,采用正交实验法在实验平台上对苯酚进行催化裂解,探究不同反应条件和不同催化剂制备条件对苯酚催化裂解的影响。
  在不同反应条件对苯酚催化裂解影响的实验研究中,探究了反应温度(Tf)、水碳比(S/C)和催化剂负载量(E)等反应条件对苯酚催化裂解的影响,考察指标包括苯酚转化率、H2产率及催化裂解气体产物中H2占比、CO占比和CH4占比。采用极差分析法和方差分析法对实验结果进行分析,探究各因素影响考察指标的主次顺序及显著性,并得出各个考察指标对应的最优反应条件组合。
  在不同催化剂制备条件对苯酚催化裂解影响的实验研究中,探究了催化剂焙烧时间(t)、焙烧温度(Tb)和催化剂负载体孔隙密度(N)等催化剂制备条件对苯酚催化裂解的影响。采用极差分析法和方差分析法对实验结果进行分析,探究各因素影响考察指标的主次顺序及显著性,并得出各个考察指标对应的最优催化剂制备条件组合。对不同焙烧时间和焙烧温度负载Ni的SiC多孔泡沫陶瓷进行SEM表征,并对比其形貌变化。
  本文为生物质焦油的催化裂解提供了一定的理论支持,对实际操作过程中反应条件和催化剂制备条件的选择有一定的指导意义。
[硕士论文] 柴阳
水文学及水资源 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:在能源不足和环境污染的背景下,湿地修复植物的能源化利用备受关注,利用湿地植物营养体进行沼气厌氧发酵、制备生物能源具有重要的现实意义。本研究以芦苇秸秆和牛粪作为发酵原料,在中温37.0±1.0℃条件下开展厌氧发酵实验,研究了添加铜盐和铬盐对生物能源产气特性、过程稳定性、原料降解以及酶活性的影响,探讨了金属盐对厌氧发酵的作用机理。主要结论如下:
  (1)铜盐提前了产气高峰,对累积产气量有低促高抑的作用,低浓度铜盐(30mg Cu/L)处理组获得最高累积产气量158.82mL/g TS,比空白对照组高43.62%;高浓度铜盐(500mg Cu/L)处理组的累积产气量最低,为33.77mL/g TS,比空白对照组低69.46%。厌氧发酵实验的pH值存在先降低后恢复升高最后保持平稳或略上升的趋势,低浓度铜盐加快pH值的降低和回升;高浓度铜盐延缓pH值的降低和回升。高浓度铜盐抑制挥发性脂肪酸(VFA)浓度的升高和消耗,低浓度铜盐促进VFA浓度的升高和消耗,且产气高峰期时,低浓度铜盐促进辅酶F420和脱氢酶活性。低浓度铜盐处理组的产气量高是由于低中浓度铜盐对辅酶F420和脱氢酶活性的促进作用;高浓度铜盐处理组的产气量低是由于高浓度铜盐不仅抑制VFA浓度的升高,而且抑制VFA浓度的消耗。
  (2)铬盐的添加有效促进产气高峰的到来,对累积产气量有促进作用,铬盐浓度越低,累积产气量越大。低浓度铬盐(30mg Cr/L)处理组获得最高累积产气量131.60mL/g TS,比空白对照组高14.85%。铬盐组的pH值变化趋势与铜盐组类似,即先降低再升高后平稳,各浓度铬盐均延缓pH值的降低,促进pH值的回升,铬盐浓度越高,其延缓和促进作用越明显。低浓度铬盐对VFA浓度的升高有抑制作用,对脱氢酶影响不明显,对辅酶F420有促进作用;中浓度铬盐对辅酶F420有抑制作用,对脱氢酶有促进作用。低中浓度铬盐对辅酶F420和脱氢酶的促进作用是其产气量提高的主要原因。
  本研究探索了铜盐和铬盐对厌氧发酵过程的影响,揭示了芦苇秸秆和牛粪混合厌氧发酵体系的变化过程,研究结果对湿地植物资源化利用与生物质发酵工艺优化具有指导意义。
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