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金属氧化物对微波生物质热解特性的(附件)【字数:10161】

2024-01-25 14:56编辑: www.51jrft.com51今日论文网
人类的生存和发展离不开能源,同时,能源的消耗速度也越来越快。但众所周知的是,矿物燃料资源具有有限性和不可再生性,其利用造成了严重的环境污染,所以可再生清洁能源的开发与利用具有重大而长远的意义。生物质能是重要的可再生能源之一,因此探索高效利用生物质能的技术成为当今解决能源问题的热点。本文以常见的生物质稻壳为原材料,以微波频率为2450 MHz、最大功率为1.5 kW的微波高温热解炉为实验仪器,研究金属氧化物及其添加量对微波热解的影响规律。实验后得到如下结论生物质微波热解的气体产物主要包括H2、CO、CO2、CH4,其中H2的含量最多;添加催化剂与不添加催化剂时生物质热解的液相产物成分之间存在很大差异;添加相同的催化剂,比如CuO,若催化剂的添加量不同时,生物质热解的液相产物成分也大相径庭。总之,金属氧化物促进了生物质的微波热解。毕业设计说明书(论文)外文
目 录
1 绪论 1
1.1 生物质能资源概述 1
1.2 生物质能转化技术 2
1.3 生物质常规热解 3
1.4 生物质微波热解 4
1.5 课题的提出 6
1.6 研究内容及思路 6
2 实验 6
2.1 原料的选择及预处理 6
2.2 实验设备 7
2.3 微波热裂解实验装置 7
2.4 实验方法 8
2.5 温度分布 8
2.6 产物分析 10
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
能源是人类赖以生存和发展的前提与基础,而传统矿物能源并非取之不尽用之不竭,所以能源短缺一直是引起世界广泛关注的人类问题[1]。传统矿物能源主要包括煤、石油、天然气。在矿物能源的开发与利用的过程中,造成了两方面的问题,一方面,矿物能源在其利用过程中对环境造成严重污染并加剧了温室效应,另一方面,从长远角度看,矿物能源储量有限,人类终将面对能源紧缺危机。根据2018年BP公司发布的世界能源统计报告:截至2017年底,可供人类可开采利用的石油、天然气将分别在30年和60年以内枯竭。而煤的储采比也只有 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072
112年[2]。因此,为了人类的长远发展,全球各个国家越来越关注与重视可再生清洁能源的开发和利用。
生物质能一直都是可供人类利用的可再生能源,在能源系统里占一席之地。在国家十二五规划中,国家新型产业首次包含生物质能[3]。众多可再生能源中,生物质能源的消耗位居第一,尤其是在我们这样以农业为基础的发展中国家[4]。在我国农村,大量生物质被直接燃烧,向大气中排放碳化物、硫化物、氮化物和粉尘,引起雾霾、酸雨和温室效应等环境问题。目前,生物质能的利用转化技术包括物理转化技术、生物转化技术和化学转化技术;其中化学转化技术主要是:直接燃烧、液化、气化和热解[5]。生物质若直接燃烧,则利用效率低、污染大,不是一种可观的生物质利用方式,而传统热解也存在加热不均匀、加热速度慢等缺点。因此,为构建绿色环保和可持续性发展的能源体系,生物质的利用技术及其能量利用效率都亟待完善和提高[68]。微波热解是目前出现的一种新型热解方式,它具有高效节能、选择加热、均匀加热等优势。生物质原料自身包含了一定含量的金属元素,它们以盐或者氧化物的形式存在于生物质机体内部或者是灰份等杂质中。在生物质热解过程中,金属氧化物强烈地参与了化学反应,从而对产物分布及特性产生影响。本课题拟通过研究金属氧化物对生物质热解特性的影响规律深入了解生物质的热解行为,为研究生物质热解机理奠定一定的理论基础。
生物质能资源概述
生物质包括植物、动物和微生物,即一切通过光合作用产生的生命有机体。而所谓生物质能,是一种以生物质为载体的能量,这种能量是将太阳能以化学能的形式储存在生物质体内,因此,追根溯源,生物质能其实就是太阳能的一种表现形式。
生物质能具有传统矿物能源无法比拟的优点。生物质能储量丰富,据估计,地球上每年的生物质产量约为能源消耗总量的十倍[911];其次生物质含氮量、含硫量也较低,所以排放的氮化物、硫化物含量也相应减少,降低了生物质能的污染性;作为太阳能的一种表现形式,生物质能可以说是可供人类持续利用的一种能量。
1.2 生物质能转化技术
生物质能是众多可再生能源中具有广泛使用价值的能源,但是,生物质能能量密度较小,如何大力开发与高效利用生物质能正日益引起人类的重视。它不仅可以解决经济发展导致的能源短缺问题,还可以实现人类与环境的友好发展。生物质能转化技术多种多样,目前主要包括物理转化技术、生物转化技术和化学转化技术[12,13]。人们可以根据不同的目标产物与自身需求来确定和选择合适的转化技术。生物质转化技术可分为三大类如图1所示[14]。
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图1 生物质的转化技术及利用途径
1.2.1 物理转化技术
物理转化技术主要包括生物质压缩成型技术和生物质萃取技术。
压缩成型就是将松散、不规则的生物质在一定湿度下通过高温高压压缩成高密度、易运输的固体燃料,来提高设备的燃烧有效容积和增强生物质转换利用的热效率。通过压缩成型,生物质的密度和燃料品质得到大大改善,生物质资源得到规模化利用。20世纪80年代,我国开始生产成型燃料,目前主要生产的是棒状和颗粒状成型燃料,但是这方面的技术还有待提高和完善。
生物质通过萃取制成燃料油,萃取又包括机械萃取和超临界萃取。机械萃取,简而言之就是将含有生物油的种子比如油菜籽、花生、大豆等压碎后制成燃料油。
1.2.2 生物转化技术
生物转化技术主要是以生物质水解技术和厌氧发酵技术为主。
生物质水解技术是利用糖液、淀粉和木质纤维素等来制取乙醇的过程。机械粉碎过后的生物质通过化学水解或者催化酶作用转化为多糖,然后多糖在发酵剂的作用下转化成乙醇[15,16]。生物质需要通过繁琐的预处理才能得到多糖,所以这种化学水解技术能耗高,成本大,不具备市场竞争力,目前还处在研发状态,没有得到广泛应用。
厌氧发酵技术顾名思义,就是生物质在隔绝氧气的环境下通过微生物的代谢活动将其分解。氧气的存在会降低产氢微生物催化剂的活性。一般来说,厌氧发酵细菌生物制氢的产率和能量转化率都较低,所以为了实现厌氧发酵有机物大规模生产,必须培育优良耐氧菌种和提高培养技术。

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