熱化學預處理玉米秸稈厭氧發酵產氣特性的研究.pdf

1、 山東理工大學 山東理工大學 碩士學位論文 熱化學預處理玉米秸稈厭氧 熱化學預處理玉米秸稈厭氧發酵 發酵產氣 產氣特性 特性的研究 的研究 Study on Anaerobic Fermentation of Corn Stover for Biogas by Thermo-chemical Pretreatment 研 究 生： 王 芳 指 導 教 師： 易維明 易維明 教授 教授 協

2、助 指 導 教 師： 申請 學 位門 類 級別： 工學碩士 工學碩士 學 科 專 業 名 稱：農業生物環境與能源工程 農業生物環境與能源工程 研 究 方 向： 生物質利用技術 生物質利用技術 論 文 完 成 日 期： 2013 2013 年 4 月 15 15 日 單位代碼：10433 學 號：Y1003095 分類號：T

3、K6 密 級： 山東理工大學碩士學位論文 中文摘要 I 摘 要 厭氧消化產沼氣是秸稈能源轉化有效技術之一， 由于秸稈結構的特殊性所導致的難降解問題，一直是秸稈能源化利用的難題。以秸稈預處理方式的高效率、低消耗、低污染、低成本的發展方向為原則，結合木質纖維素低溫快速熱解機理，我們提出了熱化學預處理方法，通過快

4、速升溫加熱秸稈使其物理化學結構發生變化，從而使其高效降解，提高秸稈厭氧消化率和產氣率。該方法不但具有耗時短，效率高，而且有很好的連續性的特點。 本文利用流化床熱解反應器(加熱速率>103℃/s)對玉米秸稈進行了熱化學預處理， 通過對熱化學預處理后的玉米秸稈顆粒物化性及其微觀結構的檢測及后續發酵試驗分析，證明了此熱化學預處理在沼氣發酵應用上具有可行性。本文的研究內容及主要結論如下： 1. 利用流化床熱解反應器在預設溫度 180℃，滯

5、留時間為 1s，常壓的環境下對玉米秸稈進行了熱化學預處理，并且利用粗纖維測定儀、掃描式電子顯微鏡和傅里葉紅外光譜儀對熱化學處理后的玉米秸稈顆粒進行了分析。 結果表明熱化學預處理可使玉米秸稈表面結構變得松散，木質纖維素含量均明顯減少， 纖維素、 半纖維素和木質素的去除率分別達到 15.93%、 12.22% 和 26.64%。2. 以 180℃熱化學預處理后玉米秸稈為原料進行厭氧發酵試驗。試驗結果表明， 熱化學預處理玉米秸稈 30 天單位

6、發酵體積的累計產氣量為 15.0L， 與未處理玉米秸稈相比， 處理后的玉米秸稈沼氣產量增加了 18.48%， 總固體 （TS, Total Solid） 與揮發性固體 （VS, Volatile Solid） 的單位產氣量分別提高了 8.18%，12.00%；此外，將熱化學預處理方法與堿預處理方法、堆腐預處理方法進行性了對比試驗，通過三種預處理方式的對比試驗，得出熱化學預處理的處理效果要優于堆腐預處理， 劣于堿預處理， 但是熱化學預處理

7、玉米秸稈發酵啟動較快，能較早的進入產氣高峰期。 3. 對熱化學預處理的處理溫度及發酵過程中的發酵濃度兩個試驗參數進行了優化。試驗證明，處理溫度為 200℃時，熱化學預處理的效果最為顯著，同時當發酵濃度為 8%時，其沼氣產量及甲烷含量能達到最大值。 4. 根據不同溫度熱化學預處理玉米秸稈結構變化與其發酵產氣情況，對熱化學預處理玉米秸稈結構變化規律及發酵機理做了簡要分析。 為今后熱化學預處理方法的改進提供一定的參考依據。 關鍵詞：玉米秸稈；