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摘 要

这几年，在国家“去产能”政策实施的大背景下，很多企业和民众都在迫切寻求高效、环保并且可持续的能源利用方式。而同时上世纪末期以来，中国畜牧业得到迅猛发展，在自然环境中产生了大量的畜禽粪便等废弃物。它们数量庞大却一直没有很好的处理和利用方式。水热碳化技术作为如今最具潜力的热化学转换方法之一，能够高效地将生物质转化为人们需要的焦炭燃料，在减少污染的同时实现可持续利用。同时，热重分析技术能够很好地展现物质的热解特性从而了解其性质和特点，指引人们更好地利用它们。

本实验主要研究了碳化程度不同的牛粪原料，不同热解终温等因素在焦炭热解过程对其失重特性的影响以及对热解过程中TG曲线和DTG曲线趋势的分析。

结果表明，牛粪及其焦炭的热解主要分为三个阶段：水分蒸发（lt;200℃）、挥发分大量析出（200℃~500℃）和碳化阶段（gt;500℃）；原料碳化程度会影响它们的最终失重率和失重速率；热解终温会影响同种原料的最终失重率和失重峰值；牛粪及其焦炭产物在热解时一般只会出现一次急剧的失重情况。

关键词：水热碳化 焦炭热解 热重分析 失重率

Thermal Analysis of Hydrothermal Coke in Livestock Wastes

ABSTRACT

In recent years, many enterprises and people are urgently seeking efficient, environmentally friendly and sustainable energy to use in the context of the country's "capacity-building" policy implementation. At the same time since the end of the last century, China's animal husbandry has been rapid development which produced a large number of livestock waste in the natural environment. They are large but have not been handling and using very good. As one of the most promising thermochemical conversion methods, hydrothermal carbonization technology can efficiently convert biomass into coke fuel that people need, and achieve sustainable use while reducing pollution. At the same time, thermogravimetric analysis technology can show the pyrolysis properties of the material in order to understand its nature and characteristics, and guide people to make better use of them.

In this study, we mainly studied the trend of TG curves and DTG curves and the effect on the weight loss of cow dung during the coke pyrolysis process.

The results showed that the pyrolysis of cow dung and its coke was divided into three stages: water evaporation (lt;200 ℃), stage of large amount of volatiles (200 ℃ ~ 500 ℃) and carbonization stage (gt; 500 ℃) Affect the final weight loss rate and weight loss speed; pyrolysis end temperature will affect the same raw material weight loss and weight loss peak; cow dung and its coke products in the pyrolysis generally only a sharp weight loss situation.

Key words:Hydrothermal carbonation;Coke pyrolysis;Thermogravimetric analysis;

Weight loss rate

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 畜禽废弃物的现状分析 1

1.2 畜禽粪便的处置现状 1

1.3 畜禽粪便现有的研究方法 3

1.4 水热碳化技术介绍 3

1.5 热天平与热重分析介绍 5

第二章 实验部分 7

2.1 装置介绍与仪器原理 7

2.2 实验原料与反应条件 9

2.3 具体操作步骤 10

2.4 数据处理方法 10

第三章 数据记录与分析 12

3.1 相同终温下不同原料的热解分析 12

3.1.1 TG图描述分析 12

3.1.2 DTG图描述分析 14

3.2 相同原料在不同终温下的热解分析 16

3.2.1 TG图描述分析 16

3.2.2 DTG图描述分析 18

第四章 结论和展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 畜禽废弃物的现状分析

上世纪八、九十年代，国内养殖业忽然兴起。通过这些年来的发展，中国的畜牧技术不断得到改进，但随之产生的大量畜禽废弃物却一直未能很好地处理和利用。农村地区作为畜禽养殖的主要地带，河流，土地，空气等因为废弃物直排受到了畜禽废弃物的严重污染，导致有些原本生态优美的农村而今是一幅“脏、乱、差”的景象^[1]。在一些大中城市的城镇郊区，为城市供应蛋，奶，肉等食品的大型养殖场因为资金和技术原因基本上对畜禽废弃物不做相关处理，成为了城市污染源之一，严重影响了市民的健康生活^[2]。

不难看出，畜禽废弃物确实是一个很令大家头疼的生态污染源。但它同时也是巨大的资源，可以持续利用的生物质资源^[2]。畜禽废弃物目前主要指畜禽粪便、畜禽舍垫料、废饲料、皮毛羽、骨骼及血液等废物。这些废弃物中富含着大量有机物，蛋白质以及各种元素。据调查，当前除了大量的粪尿与污水外，其他各种废弃物基本上已经被各种畜产品加工厂收集、处理、加工和利用，制成皮革、油脂、肥料、羽绒制品，从而取得很大的经济效益^[3]。但其实粪尿和污水中也是存在丰富的有机物和氮、磷,钾等元素，如果能得到合理利用，不仅能获得更多的收益，还大大减少废弃物的囤积，有效缓解对环境的污染，实现真正的可持续发展。

在国内，人们对其价值的认识比较浅。其次，全面实现畜禽废弃物资源化利用，在运行机制、科技支撑、运行成本与资金投入等方面也面临不少困难。比如，受区域内畜禽粪污等主要原料供应总量、持久稳定性和运输半径等条件限制，沼气大规模生产制约要素明显。在有机肥应用方面，务农的不养殖，养殖的不务农，种养分离招致畜禽粪肥还田难。

1.2 畜禽粪便的处置现状

本文以畜禽粪便作为主要探讨对象和实验原料进行研究，从上文中可以看出，畜禽的粪便是所有畜禽废弃物中数量最庞大的却也是我国目前处理率和利用率最低的。容易看出，它给社会带来的水体污染和臭气污染也是所有废弃物中影响最大的：调查显示，一个中小型畜禽场会影响周边2~3km范围内的水源地，而一个大中型畜禽场会对周边4~6k造成水源污染；据研究，猪舍空气中有60％〜70％的氨是从粪便中发散出来，猪舍地面产生另外30%~40%。随着猪的快速生长，排放的氨的总量将会急剧增加。它不仅影响猪的健康和表现，而且还会影响员工的健康。畜禽粪便的特点是粪尿量大。并且其粪便气味大，浓度高，处理和加工极其困难。所以排泄物的收集和处理是养猪业乃至整个畜牧业最艰巨的劳动过程之一。当前国际上对畜禽粪便的处理主要分为无害化处理和资源化利用两个方面^[4]。本文主要研究方向是它的资源化利用。目前比较常用的是以下几种方法^[5]：

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