秸秆连续厌氧消化厢式装置及试验研究

【摘要】：为解决农作物秸秆在厌氧消化中存在预处理过程能耗高、进出料困难、反应过程控制性差、原料上浮结壳、消化周期长、原料转化率低等问题，本文设计了厢式进出料连续厌氧消化装置，并利用该装置以玉米、小麦、水稻三种作物秸秆为原料，在不添加任何外源物质的情况下，进行纯秸秆厌氧消化试验，研究了不同原料在装置中的运行状况和产气效果，对装置的可行性进行了分析研究，主要结论如下： (1)在初步设计的装置中，发现不需要粉碎、加酸碱等繁琐、能耗高、污染重的预处理，仅对玉米秸秆仅切割和沼液浸泡预处理，便能快速、高效的进行厌氧消化产沼气，证明本装置可以顺利进行秸秆的厌氧消化。 (2)试验温度为（35±1)。C，试验时间为60天，原料滞留期30天，原料长度18cm，装厢TS质量为115g，TS浓度为5.85%，原料厢进出和传动过程操作简单、运行顺利，产气量平稳上升，满负荷十个原料厢1150g运行时最高日产气量为21.33L，日均产气量为19.94L，原料TS产气率0.495L/g，VS产气率为0.598L/g，容积产气率为0.309m3/(m3_d)。 (3)采用结构优化设计后制作的装置，对玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆进行试验，试验条件与玉米试验相同，原料切割长度为20cm，装料量250gTS，TS浓度为17.71%、16.31%和16.33%。玉米、小麦、水稻秸秆累计产气量达到2100.09L、1312.13L和1250.60L，满负荷运行日均产气量分别为44.76L、25.65L和26.66L，原料TS产气率为0.537L/g、0.308L/g和0.319L/g，原料VS产气率为0.649L/g、0.373L/g和0.369L/g，容积产气率分别为0.632m3/(m3_d)、0.362m3/(m3_d)和0.363m3/(m3_d)。 (4)静态批式试验中，玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆分别在第7、2、4天达到了产气高峰，之后产气量不断下降，在第40天下降到80ml，遂结束了试验；40天累计产气量38450ml、21746ml、16937ml,前30天累计产气量35723ml、20298ml、15608ml。前30天累计产气量占总产气量的92%以上，所以本试验滞留期选取30天是合适的。通过产气量对比，厢式装置和工艺具有较大的优势。 【关键词】：农作物秸秆 连续厌氧消化 厢式进出料 静态工艺学
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 附件2-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 引言11-22
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 中国农作物秸秆总量、种类及分布11-12
• 1.1.2 农作物秸秆理化性质12-13
• 1.1.3 国内外农作物稻秆应用现状13-14
• 1.1.4 存在问题14-15
• 1.2 农作物秸秆厌氧消化技术研究进展15-20
• 1.2.1 厌氧消化技术研究进展15
• 1.2.2 秸秆原料预处理研究进展15-17
• 1.2.3 反应装置研究进展17-18
• 1.2.4 反应过程影响因素研究进展18-20
• 1.2.5 存在问题20
• 1.3 课题研究内容、目的及意义20-22
• 1.3.1 研究目的和意义20-21
• 1.3.2 研究内容21-22
• 第二章 试验装置的设计与分析22-27
• 2.1 设计背景22
• 2.2 设计思路22-24
• 2.2.1 预处理过程22-23
• 2.2.2 进出料过程23
• 2.2.3 厌氧消化装置23
• 2.2.4 沼渣、液处理23-24
• 2.3 秸秆连续厌氧消化厢式装置24-25
• 2.3.1 装置结构24-25
• 2.3.2 运行过程25
• 2.4 可行性分析25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 秸秆连续厌氧消化厢式装置启动试验27-34
• 3.1 试验概述27
• 3.2 试验材料与方法27-29
• 3.2.1 试验材料27-28
• 3.2.2 试验仪器28
• 3.2.3 试验参数28
• 3.2.4 测试项目28-29
• 3.2.5 试验方法29
• 3.3 结果与讨论29-33
• 3.3.1 产气情况29-30
• 3.3.2 气体成分变化30-31
• 3.3.3 消化液pH变化情况31-32
• 3.3.4 纯秸秆厢式装置厌氧消化可行性32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 秸秆连续厌氧消化厢式装置优化设计34-38
• 4.1 优化设计思路34
• 4.2 优化设计项目34-35
• 4.2.1 预处理过程34
• 4.2.2 进出料过程34-35
• 4.2.3 厌氧消化装置35
• 4.3 优化后秸秆连续厌氧消化厢式装置35-37
• 4.3.1 装置结构35-36
• 4.3.2 装置优势36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 第五章 秸秆连续厌氧消化厢式优化装置试验38-48
• 5.1 实验概述38
• 5.2 试验材料与方法38-40
• 5.2.1 试验材料38-39
• 5.2.2 试验仪器39
• 5.2.3 试验参数39
• 5.2.4 测试项目39-40
• 5.2.5 试验方法40
• 5.3 结果与讨论40-46
• 5.3.1 三种秸秆原料产气情况40-42
• 3.3.2 气体成分变化42-45
• 3.3.3 消化液pH变化情况45-46
• 5.4 本章小结46-48
• 第六章 秸秆厢式试验与静态试验对比试验48-52
• 6.1 试验概述48
• 6.2 试验材料与方法48-50
• 6.2.1 试验材料48
• 6.2.2 试验仪器与装置48-49
• 6.2.3 试验参数49
• 6.2.4 测试项目49
• 6.2.5 试验方法49-50
• 6.3 结果与讨论50-51
• 6.3.1 三种秸秆原料产气情况对比分析50
• 6.3.2 两种装置数据对比研究50-51
• 6.4 本章小结51-52
• 第七章 结论与建议52-55
• 7.1 结论52-53
• 7.2 建议53-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-61
• 作者简历61

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