微波催化热解微藻特性研究及微藻气化发电的生命周期评价

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生物质是最古老的能源,也是人类一直赖以生存的重要能源。生物质具有分布广泛、可再生性、低成本等优点,是一种碳中性能源,被认为是化石燃料替代品之一。微藻作为生物质中重要的组成部分,与传统生物质相比,微藻具有油脂含量高、生长周期短、不占用耕地等特点,因此备受国内外学者的关注。微波热解是一种新型的热解形式,具有高效性、选择性、易于控制等特点,将其应用于微藻热解,可以提高微藻的热解效率,提升热解产物的综合性能与经济价值。随着微波技术的不断发展,微波热解技术已成为生物质合理利用的重要方法之一。目前,生物质微波热解的主要研究方向包括微波催化热解、微波共热解等,但对于微波复合催化热解的研究几乎未被涉及。因此,研究复合添加剂对微藻微波辅助热解特性的影响至关重要,对促进和发展微藻能源化的转换应用具有重要意义。本文首先对微藻进行工业分析和元素分析,然后通过利用微波辅助热解系统,研究Si C/Fe2O3与Si C/Ca O复合添加剂在不同添加量、不同掺混比例下的微藻微波热解特性,并与单一添加剂及无添加剂情况进行对比;最后对微藻气化发电系统进行生命周期评价。研究结果表明:(1)微藻的固定碳和含氧量较高,说明微藻易于热解,对热解气的产率影响较大,同时高含氧量可以减少在热解中的空气供给量。(2)在复合添加剂为Si C/Fe2O3的实验中,当复合添加剂添加量为20%,掺混比例为Si C:Fe2O3=3:7和5:5时,复合添加剂会产生协同作用。同时,在该实验中最大的Rv和Mt分别存在20%添加量的Si C:Fe2O3=5:5和20%添加量的Si C:Fe2O3=0:10实验组。(3)在复合添加剂为Si C/Ca O的实验中,当复合添加剂添加量为15%,掺混比例为Si C:Ca O=5:5和7:3时,复合添加剂会产生协同作用。同时,在该实验中最大的Rv和Mt分别存在15%添加量的Si C:Ca O=5:5和5%添加量的Si C:Ca O=5:5实验组。(4)在Si C/Fe2O3和Si C/Ca O热解特性参数对比中,得出两种复合添加剂表现出了不同的产物倾向,即Si C/Fe2O3复合添加剂更有利于产生热解气,而Si C/Ca O复合添加剂更有利于产生固体残渣。(5)对功能单位为发电1MW·h的微藻气化发电系统进行生命周期评价研究,得出在整个生命周期中微藻气化发电系统总能源消耗为1340.916MJ,其中占比最大的为微藻养殖阶段(54.489%);在整个生命周期评价中对环境影响最大的是粉尘,其次是全球变暖和酸化,富营养化对环境的影响最小;微藻气化发电系统局地性影响较大,远大于全球性影响和地区性影响,所以该发电系统对环境的负作用较小,是一种值得推广的发电系统。
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