干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究

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1、删IIIIIIIIIIIIIUIIY2354947UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeFundamentalstudyondryingandtorrefactionpretreatmentstoproducehighhigh—qualitybiomassfeedstockAuthor’SName：speciality：一●tSupervlsor：F砬shedtime：DengyuChenThermalEngineering—Prof．XifengZhuMay1双，

2、2013中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：臣查!鳖室签字日期：2Q!!：墨：笙中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数

3、据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。囱，从开口保密(——年)作者签名：区§：鳖宴导师签名：签字日期：2Q!主：‘：生签字日期：丝!i：6：生摘要生物质资源总量巨大，但品质较低。生物质原料中过多的水分往往会延迟热解反应、增加供热成本和破坏热解液化产物的稳定性。此外，生物质还具有亲水性强、氧含量高、能量密度低、不易储存且产地分散等缺点，造成其在运输、储存以及作为能源利用的成本偏高，进而限制了生物质利用技术的进一步发展。基于此背景，本文开展了通过干燥和烘焙

4、预处理制备高品质生物质热解原料的研究，系统分析了生物质干燥过程的传热传质机理，提出了测定有效水分扩散系数的简便方法，揭示了烘焙三种产物理化特性的变化规律，明确了干燥和烘焙预处理对生物质热解转化的影响。(1)生物质等温和非等温干燥的传热传质机理研究生物质干燥是一个复杂的传热传质过程。在等温条件下，生物质干燥过程可分为升速干燥段、第一降速干燥段和第二降速干燥段，水分与物料结合力的不同是导致出现不同干燥阶段的主要原因。提高干燥温度和减小颗粒粒径有助于提高干燥速率，降低最终含水量。干燥动力学分析表明，Midilli模型对秸秆等温干燥的模拟效果最好，而非等温Page模型能很

5、好地模拟木屑、稻壳和棉花秆的非等温干燥过程。传热传质有紧密的内在联系，干燥热流由水分蒸发热流、未蒸发水分热容热流、干秸秆热容热流三部分叠加而成，其中水分蒸发热流是主要部分。干燥吸热主要用于水分的扩散和蒸发。干燥需热量模拟值与实验值吻合较好，表明了干燥动力学分析以及热流模拟的可靠性。(2)生物质有效水分扩散系数测定方法的研究提出了基于热重分析的等温两步法和非等温一步法，以准确快速测定生物质颗粒的水分扩散系数(％)。在等温两步法中，利用Fick扩散定律可以得到％，再通过In(Dad和1／(T+273．15)的关系可以计算干燥活化能。本方法对样品需求量少、实验简单、计算

6、简便，基本上克服了等温条件难以实现的困难。为了尽可能减少热滞后现象以得到更准确的计算结果，本文对上述等温两步法进行了一些改进，排除了由表面汽化所控制的短暂的升速干燥段，以内部扩散占主导的降速干燥段计算Dar。花生壳的干燥结果表明，改进的等温两步法的计算结果更加可靠。由于升速干燥段比较短暂，对整个干燥过程的影响较小，改进前后的等温两步法的计算结果比较接近。在非等温一步法中，由于TGA能够精确进行温度控制，生物质的热滞后显现基本得以消除。在升温速率2～8oC／rain时，非等温的结算结果包含于等温两步法的计算结果(30和100oC)内。非等温一步法用料需求低、试验次数

7、少，降低了热滞后效应，计算结果稳定可靠，是一种较好的测定生物质干燥参数的方法。T摘要(3)烘焙预处理改性提质生物质原料的研究烘焙是一种在常压、隔绝氧气的情况下，反应温度介于200--一300"C之间的慢速热解过程。本文对生物质烘焙的实验方法进行了改进，明确了烘焙时间，确保了生物质样品的理化特性变化以及挥发分析出都在设定的烘焙温度下进行。稻壳经过烘焙预处理后，纤维结构遭到破坏，体积逐渐缩小，研磨性能得到改善，疏水性明显增强，在260oC中温烘焙可获得平均孔径最小、比表面积最大的较好孔结构的固体产物。随着烘焙温度的提高，挥发分含量逐渐减少，而灰分和固定碳含量大幅上升。

8、硫元素和氮