开题报告：生物质（竹子、榕树）和污泥共热解实验研究

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：化工学院　　　　　　　　　　专业班级：　2008级化学工程与工艺

课题名称 生物质（竹子、榕树）和污泥共热解实验研究
设计（论文）类型
（划√） 工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它
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1、本课题的的研究目的和意义：
能源与环境是当今世界发展的两大主题。随着世界各国经济的发展和人类环保意识的加强，人们深刻地认识到石油、煤炭、天然气等化石能源的有限性和环境污染问题，故寻找新的能源对于缓解常规能源危机具有重要意义[1]。
城市污水污泥是由有机物、微生物、无机颗粒、胶体等组成的非均质体。作为城市生产生活的垃圾废弃物，其数量多，占用空间大且通常含有大量有毒有机物、致病微生物，往往对环境产生严重危害。对污泥进行热解处理，可以有效减少污泥体积，降低污泥毒性，且经惰性气氛下热解处理，污泥中的大部分有机物可以转化为低分子可燃烃类、焦炭等可回收利用资源[2]。
生物质包括动物、植物和微生物及其派
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研究者利用热重分析(TG)、色谱(GC)及质谱(MS等分析方法，对不同性质的污泥热解产物进行了分析。认为污泥的热化学转化过程类似于石油形成过程，主要为脂肪、蛋白质及其他碳水化合物的分解过程。根据热解温度一般可把热解过程分成三个阶段，第一阶段为脱除表面吸附水阶段，温度为100 ℃~120℃，从差热曲线上可看出较明显的吸热峰，热解产物主要为水分;第二阶段为污泥中脂肪类、蛋白质、糖类等有机物质的分解阶段，温度范围为150℃~450℃，该温度段为放热过程，320℃前主要为脂肪类分解阶段，320℃以上为蛋白质、糖类的分解阶段，此阶段的热解产物为液态的脂肪酸类;第三阶段为450℃~700℃，该阶段为及第二阶段形成的大分子分解及小分子的聚合阶段，失重速率相对第二阶段失重速率小一些，主要产物为气态小分子碳氢类化合物。
M.Inguanz[6]报道，升温速率在较低的热解温度(如450℃)下才对热解有重要影响；而在较高的热解温度下(如650℃)，升温速率的影响可以忽略不计。在450℃时，采用更高的升温速率可使热解效率更高，可产生更多的液态和气态成分，而降低了固态剩余物的量。
Lilly Shen[7]用流化床反应器，在525℃，停留时间为1.5 s时获得的最大油重为污泥总量的30%。随着停留时间的增加，产量降低。这与污泥中各种有机质的化学键在不同温度下的断裂有关。450℃后，裂解产生的重油发生第二次断裂形成轻质油，气体停留时间也相应的增加。525℃以后，形成更轻质的油和气态烃，不凝性气体的量也提高，而焦炭的产量随着气体量的增加而减少。
在共热解方面，目前国内外大量的热解研究着重于考虑操作参数对热解特性的影响，包括热解温度、加热速率、压力、气固停留时间等，然而给料特性是非常值得研究的。共热解可以提供原料组分之间热解关系的信息[8]。目前共热解研究的主要对象为生物质和煤的混合物，主要研究两方面内容：一是生物质能促进煤中硫的脱除，降低焦炭硫分[9]，二是富氢的生物质向贫氢的煤转移，即寻找是否存在所谓的协同作用[10]，目的都是为了寻找煤的清洁利用的新途径，减少环境污染。
对于生物质与煤或生物质混合物之间的共热解是否存在所谓的协同作用，目前的说法不一。
李文等[11]在加热天平上用非等温热重法进行了生物质(锯末、稻壳)与煤在常压氮气气氛下的共热解研究，由于其主要热解阶段温度区间没有重叠区，因而没发现协同作用。Rudiger等[12]在气流床中进行了煤与生物质的共热解研究，结果没有发现任何的协同作用。他们的解释是:煤和生物质热解发生的温度区域不同，基本上没有重叠。Collet等[13]在两种小型反应器里研究了煤与生物质的共热解和共气化，同样也没发现任何协同作用。然而周仕学等[14]用处理量为1 kg/h的回转炉作为强粘结性煤分别与生物质、废橡胶、废塑料共热解的反应器，研究结果表明热解过程中有机废弃物能阻止煤粒之间发生粘结。

陈吟颖等[15]用TGA研究13种生物质混合物共热解的协同特性和在不同升温速率下生物质混合物的热解特性，研究表明13种生物质单独热解的温度区间在270~432℃，煤热解的温度区间在411~671℃；13种生物质混合物在热重分析共热解试验表明，各种生物质之间没有明显的协同作用，在共热解过程中各物质基本保持了各自的热解特性；生物质混合物与不同煤化程度煤共热解时，不同比例生物质混合物挥发分析出温度随生物质掺混比例增加有所降低，而煤的挥发分析出温度随生物质混合物掺混比例不同而有所改变。
由此可见，生物质混合物与煤共热解存在协同作用的影响。同时也为我们研究生物质和污泥共热解提供理论基础。
3、本课题的主要研究内容 ……（未完，全文共5641字，当前仅显示1981字，请阅读下面提示信息。收藏《开题报告：生物质（竹子、榕树）和污泥共热解实验研究》）