開題報告：生物質（竹子、榕樹）和污泥共熱解實驗研究

大學本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
學院：化工學院　　　　　　　　　　專業(yè)班級：　2008級化學工程與工藝

課題名稱 生物質（竹子、榕樹）和污泥共熱解實驗研究
設計（論文）類型
（劃√） 工程設計 應用研究 開發(fā)研究 基礎研究 其它
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1、本課題的的研究目的和意義：
能源與環(huán)境是當今世界發(fā)展的兩大主題。隨著世界各國經濟的發(fā)展和人類環(huán)保意識的加強，人們深刻地認識到石油、煤炭、天然氣等化石能源的有限性和環(huán)境污染問題，故尋找新的能源對于緩解常規(guī)能源危機具有重要意義[1]。
城市污水污泥是由有機物、微生物、無機顆粒、膠體等組成的非均質體。作為城市生產生活的垃圾廢棄物，其數(shù)量多，占用空間大且通常含有大量有毒有機物、致病微生物，往往對環(huán)境產生嚴重危害。對污泥進行熱解處理，可以有效減少污泥體積，降低污泥毒性，且經惰性氣氛下熱解處理，污泥中的大部分有機物可以轉化為低分子可燃烴類、焦炭等可回收利用資源[2]。
生物質包括動物、植物和微生物及其派
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研究者利用熱重分析(TG)、色譜(GC)及質譜(MS等分析方法，對不同性質的污泥熱解產物進行了分析。認為污泥的熱化學轉化過程類似于石油形成過程，主要為脂肪、蛋白質及其他碳水化合物的分解過程。根據熱解溫度一般可把熱解過程分成三個階段，第一階段為脫除表面吸附水階段，溫度為100 ℃~120℃，從差熱曲線上可看出較明顯的吸熱峰，熱解產物主要為水分;第二階段為污泥中脂肪類、蛋白質、糖類等有機物質的分解階段，溫度范圍為150℃~450℃，該溫度段為放熱過程，320℃前主要為脂肪類分解階段，320℃以上為蛋白質、糖類的分解階段，此階段的熱解產物為液態(tài)的脂肪酸類;第三階段為450℃~700℃，該階段為及第二階段形成的大分子分解及小分子的聚合階段，失重速率相對第二階段失重速率小一些，主要產物為氣態(tài)小分子碳氫類化合物。
M.Inguanz[6]報道，升溫速率在較低的熱解溫度(如450℃)下才對熱解有重要影響；而在較高的熱解溫度下(如650℃)，升溫速率的影響可以忽略不計。在450℃時，采用更高的升溫速率可使熱解效率更高，可產生更多的液態(tài)和氣態(tài)成分，而降低了固態(tài)剩余物的量。
Lilly Shen[7]用流化床反應器，在525℃，停留時間為1.5 s時獲得的最大油重為污泥總量的30%。隨著停留時間的增加，產量降低。這與污泥中各種有機質的化學鍵在不同溫度下的斷裂有關。450℃后，裂解產生的重油發(fā)生第二次斷裂形成輕質油，氣體停留時間也相應的增加。525℃以后，形成更輕質的油和氣態(tài)烴，不凝性氣體的量也提高，而焦炭的產量隨著氣體量的增加而減少。
在共熱解方面，目前國內外大量的熱解研究著重于考慮操作參數(shù)對熱解特性的影響，包括熱解溫度、加熱速率、壓力、氣固停留時間等，然而給料特性是非常值得研究的。共熱解可以提供原料組分之間熱解關系的信息[8]。目前共熱解研究的主要對象為生物質和煤的混合物，主要研究兩方面內容：一是生物質能促進煤中硫的脫除，降低焦炭硫分[9]，二是富氫的生物質向貧氫的煤轉移，即尋找是否存在所謂的協(xié)同作用[10]，目的都是為了尋找煤的清潔利用的新途徑，減少環(huán)境污染。
對于生物質與煤或生物質混合物之間的共熱解是否存在所謂的協(xié)同作用，目前的說法不一。
李文等[11]在加熱天平上用非等溫熱重法進行了生物質(鋸末、稻殼)與煤在常壓氮氣氣氛下的共熱解研究，由于其主要熱解階段溫度區(qū)間沒有重疊區(qū)，因而沒發(fā)現(xiàn)協(xié)同作用。Rudiger等[12]在氣流床中進行了煤與生物質的共熱解研究，結果沒有發(fā)現(xiàn)任何的協(xié)同作用。他們的解釋是:煤和生物質熱解發(fā)生的溫度區(qū)域不同，基本上沒有重疊。Collet等[13]在兩種小型反應器里研究了煤與生物質的共熱解和共氣化，同樣也沒發(fā)現(xiàn)任何協(xié)同作用。然而周仕學等[14]用處理量為1 kg/h的回轉爐作為強粘結性煤分別與生物質、廢橡膠、廢塑料共熱解的反應器，研究結果表明熱解過程中有機廢棄物能阻止煤粒之間發(fā)生粘結。

陳吟穎等[15]用TGA研究13種生物質混合物共熱解的協(xié)同特性和在不同升溫速率下生物質混合物的熱解特性，研究表明13種生物質單獨熱解的溫度區(qū)間在270~432℃，煤熱解的溫度區(qū)間在411~671℃；13種生物質混合物在熱重分析共熱解試驗表明，各種生物質之間沒有明顯的協(xié)同作用，在共熱解過程中各物質基本保持了各自的熱解特性；生物質混合物與不同煤化程度煤共熱解時，不同比例生物質混合物揮發(fā)分析出溫度隨生物質摻混比例增加有所降低，而煤的揮發(fā)分析出溫度隨生物質混合物摻混比例不同而有所改變。
由此可見，生物質混合物與煤共熱解存在協(xié)同作用的影響。同時也為我們研究生物質和污泥共熱解提供理論基礎。
3、本課題的主要研究內容 ……（未完，全文共5641字，當前僅顯示1981字，請閱讀下面提示信息。收藏《開題報告：生物質（竹子、榕樹）和污泥共熱解實驗研究》）