农作物秸秆干式厌氧发酵特性的研究

摘要

农作物秸秆厌氧发酵制备沼气，是我国农作物秸秆能源化和资源化利用的发展方向，但与发达国家相比，目前我国的农作物秸秆厌氧发酵制沼气技术起步较晚，大型农作物秸秆厌氧发酵制备沼气工程项目的运行经验也相对较少。本文采用实验与理论相结合的方法，研究了可供农作物秸秆发酵制备沼气的大型沼气项目进行工艺选择、工艺参数确定和经济性计算的有效方法。本文的主要研究成果及结论如下:
　　(1)根据厌氧发酵过程的生化反应动力学理论，建立了两个适用于生物质厌氧发酵的动力学模型，可对生物质的厌氧发酵过程进行数值模拟，预估沼气成分的变化和产气规律，指导生物质厌氧发酵系统的设计和运行。
　　(2)介绍了农作物秸秆的主要破碎方式，对不同厂家生产的农作物秸秆破碎能耗进行了分析，在相同破碎出力条件下，破碎粒度越小，能耗越高。工程实际中可根据不同粒径的需求，尽量降低破碎能耗。
　　(3)根据分型理论，建立了农作物秸秆的质量分形模型y=(R/Rmax)3-D，结合该分形模型，获得了破碎不同粒径所需的能耗。
　　(4)以玉米秸秆为原料，通过批量式厌氧发酵，研究了不同因素对秸秆产气特性的影响。实验结果显示，添加菌种能有效提高发酵的产气率，缩短发酵周期;产气量随温度的增加而增大，50℃条件下的产气量与38℃时相比，增加不多，从能耗方面考虑，宜选取发酵温度为38℃、发酵浓度为25％;粒度小于2 mm的玉米秸秆与粒度为20～10 mm的玉米秸秆相比，在产气量上并无显著增加，为减少破碎能耗，建议玉米秸秆的粒径为20～10 mm。
　　(5)给出了秸秆总费用的计算方法，得到了秸秆价格的上涨对利润大小的波动曲线;根据谷草比的统计数据，提出了估算农作物秸秆总量计算依据;提出了农作物秸秆厌氧制备沼气工程项目的经济性计算方法，可用于计算大型农作物秸秆制备沼气工程项目的经济性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 我国一次能源消费状况

1．2 国内外新能源与可再生能源发展状况

1．3 农作物秸秆能源化利用与资源化利用的途径与特点

1．3．1 农作物秸秆的能源化利用

1．3．2 农作物秸秆的资源化利用

1．4 农作物秸秆发酵制备沼气现状与发展趋势

1．4．1 发酵工艺的研究

1．4．2 发酵原料预处理的研究

1．4．3 发酵过程工艺参数的研究

1．5 本文研究的目的、技术路线与预期成果

1．6 本章小结

第2章 农作物秸秆发酵制备沼气反应动力学

2．1 厌氧发酵原理与工艺

2．1．1 发酵的基本原理

2．1．2 厌氧发酵的常见工艺及影响因素

2．2 厌氧发酵的动力学模型

2．2．1 厌氧发酵动力学模型的研究和应用现状

2．2．2 厌氧发酵反应动力学模型

2．3 本章小结

第3章 农作物秸秆破碎原理、粒度表征与能耗分析

3．1 农作物秸秆破碎原理

3．1．1 农作物秸秆的破碎原理

3．1．2 常见的农作物秸秆破碎工艺

3．2 农作物秸秆粒度表征

3．2．1 常见的粒度表征方法

3．2．2 粒度表征方法分析

3．3 农作物秸秆破碎能耗分析

3．3．1 农作物秸秆的破碎能耗

3．3．2 农作物秸秆破碎粒度与能耗的关系

3．3．3 农作物秸秆破碎能耗的经济性分析

3．4 本章总结

第4章 农作物秸秆干式厌氧发酵实验研究

4．1 实验目的

4．2 发酵原料与实验方法

4．2．1 发酵原料

4．2．2 实验装置

4．2．3 实验操作流程

4．3 干式厌氧发酵产气规律的实验研究

4．3．1 发酵菌种对产气的影响规律分析

4．3．2 发酵温度对产气的影响规律分析

4．3．3 发酵物料浓度对产气的影响规律与分析

4．3．4 发酵原料粒度对产气的影响规律与分析

4．4 本章小结

第5章 农作物秸秆干式厌氧发酵系统运行的经济性分析

5．1 农作物干式厌氧发酵的系统组成

5．2 农作物秸秆干式厌氧发酵系统运行的优化

5．2．1 秸秆价格对系统经济性的影响

5．2．2 秸秆资源化利用对系统经济性的影响

5．2．3 厌氧发酵产物对系统经济性的影响

5．3 本章小结

第6章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 进一步研究工作的展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢