木薯茎秆作为生物质能原料的化学特性研究

【摘要】：木薯茎秆是加工固体颗粒燃料和燃料乙醇等多用途的生物质原料。本试验在我国木薯主产区进行生产田取样和正交设计大田试验,研究木薯茎薯比、直燃利用的原料特性(简称燃料特性)及非结构性糖含量随地点、品种及收获时间的变化规律,探讨木薯茎秆资源量评估的方法及其原料品质分级指标,为木薯茎秆利用的工艺设计和产业发展提供理论依据。试验结果如下： (1)鲜基的茎薯比(茎秆产量/块根产量)均值为0.63,其95%置信度的区间为0.56-0.70。主栽品种华南205的茎薯比均值为0.58,置信区间为0.52-0.64。茎薯比受生长环境和品种及其交互作用的影响。块根收获指数折茎薯比的折算系数也受生长环境和品种的影响。利用折算系数A'将查阅文献获得的收获指数折为茎薯比的方法可行,当收获指数为0.55-0.63时,可用系数A(0.89-1.1)折算为茎薯比。收获指数与茎薯比呈显著负相关。 (2)地点因素对木薯茎秆燃料特性(热值(GCV)、去灰分热值(GCVaf)、灰分、N、S、Cl、P、K和Mg含量)的影响最大,品种的影响次之,收获时间的影响最小。茎秆Ca含量受品种的影响最大。偏最小二乘判别分析(PLS-DA)对地点判别的结果显示,引起茎秆燃料特性地点间差异的主要指标为K、灰分、Cl、GCV和GCVaf。其中,K、灰分和Cl含量与土壤理化性质相关,其偏最小二乘线性模型的判别系数R2分别为0.954、0.873和0.789。木薯茎秆灰分含量为1.70-6.69%。用成灰元素的摩尔比及K2O-(CaO+MgO)-P2O5的成分三角坐标图来预测茎秆燃烧时灰分行为,结果表明：木薯茎秆的灰熔点1500℃,燃烧时底灰熔融结渣的可能性小。茎秆的K和Cl含量分别为1.0-27.8g kg-1和0.2-6.3g kg-1,个别地区(如武鸣和隆安)的茎秆燃烧时会有大量飞灰颗粒产生,易引起颗粒物排放超标、氯化物在换热器表面沉积和腐蚀设备。木薯茎秆的N含量为6.0-21.6g kg-1,燃烧时引起酸性气体排放超标的可能性大。 (3)木薯茎秆非结构性糖(可溶性糖和淀粉)的含量和产量受地点因素的影响最大,受品种因素的影响次之,收获时间的影响最小。茎秆淀粉含量为干重的14-42%,产量为0.2-2.1t ha-1,平均产量1.2t ha-1,比只收获块根淀粉增加17.9%。加上可溶性糖,茎秆的非结构性糖产量为0.30-0.59t ha-1,可生产燃料乙醇1408-9246L ha-1,比只利用块根加工燃料乙醇增加6.51-52.94%。在块根收获期内,茎秆淀粉含量与块根淀粉含量呈正相关,判别系数为0.573。正相关关系在不同品种间稳定存在。选择块根淀粉含量高的品种,获得高淀粉含量茎秆的几率大。 (4) PLS-DA对地点判别的结果表明,Cl、K和淀粉含量变化是引起木薯茎秆原料化学特性地点间差异的主要原因。引起同一地区的茎秆原料化学特性品种间差异的主要指标为S、Ca、K、Cl和淀粉含量。若木薯茎秆全部用于加工燃料乙醇和固体颗粒燃料,会造成每公顷14-130kgN、1.05-20kg P、3.85-195kg K和3.15-63.65kg Ca的损失。可持续加工利用木薯茎秆,除考虑原料品质外,还要考虑营养元素K、N和Ca的回收还田,以保持土壤肥力。 【关键词】：燃料乙醇 固体燃料 淀粉 茎薯比 偏最小二乘判别分析
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 表目录9-10
• 图目录10-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究进展13-23
• 1.2.1 木薯植物学特征与分布13-14
• 1.2.2 木薯是适宜发展的非粮能源作物14-15
• 1.2.3 木薯茎秆研究及利用现状15-22
• 1.2.4 木薯生物质利用及产业发展现状22-23
• 1.2.5 提高木薯生物质综合利用的必要性23
• 1.3 存在问题及立项依据23-24
• 1.4 研究目标24-25
• 1.5 研究内容及技术路线25-27
• 1.5.1 研究内容25-26
• 1.5.2 技术路线26-27
• 第二章 木薯茎薯比取值27-39
• 2.1 前言27
• 2.2 材料与方法27-30
• 2.2.1 试验材料27-28
• 2.2.2 大田试验及产量数据采集28-29
• 2.2.3 生产田取样及数据采集29
• 2.2.4 数据处理方法29-30
• 2.3 结果与分析30-38
• 2.3.1 木薯茎薯比及其影响因素30-34
• 2.3.2 茎薯比与收获指数的关系34-36
• 2.3.3 茎薯比的加权平均取值36-38
• 2.4 小结38-39
• 第三章 木薯茎秆直燃利用的原料特性39-57
• 3.1 前言39
• 3.2 材料与方法39-41
• 3.2.1 试验材料39
• 3.2.2 大田试验及样品采集39-40
• 3.2.3 燃料特性测定方法40
• 3.2.4 数据处理与分析方法40-41
• 3.3 结果与分析41-56
• 3.3.1 影响因素效应比较41
• 3.3.2 各因素对木薯茎秆燃料特性的影响41-46
• 3.3.3 木薯茎秆燃烧时灰分行为预测46-49
• 3.3.4 木薯茎秆燃料特性的相互关系及其差异评估49-53
• 3.3.5 木薯茎秆燃料特性与土壤理化特性的关系53-54
• 3.3.6 广西木薯茎秆燃料特性状况54-56
• 3.4 小结56-57
• 第四章 木薯茎秆非结构性糖57-71
• 4.1 前言57
• 4.2 材料与方法57-58
• 4.2.1 试验材料57
• 4.2.2 大田试验及样品采集57
• 4.2.3 化学测定方法57
• 4.2.4 数据处理与分析方法57-58
• 4.3 结果与分析58-69
• 4.3.1 影响因素效应比较58-61
• 4.3.2 各因素对木薯茎秆非结构性糖含量的影响61-63
• 4.3.3 各因素对木薯非结构性糖产量的影响63
• 4.3.4 木薯茎秆与块根非结构性糖含量的互相关系63-67
• 4.3.5 广西木薯茎秆非结构性糖含量状况67-69
• 4.4 小结69-71
• 第五章 木薯茎秆原料品质评价及利用方式探讨71-79
• 5.1 前言71
• 5.2 数据来源与分析方法71-72
• 5.2.1 数据来源71
• 5.2.2 数据分析方法71-72
• 5.3 结果与分析72-77
• 5.3.1 木薯茎秆原料特性的相互关系及其差异评估72-75
• 5.3.2 同一地区不同品种的木薯茎秆原料特性差异75-76
• 5.3.3 木薯茎秆加工利用方式探讨76-77
• 5.4 小结77-79
• 第六章 讨论与结论79-87
• 6.1 讨论79-85
• 6.1.1 木薯茎薯比取值方法79-80
• 6.1.2 木薯茎秆直燃利用的原料特性80-81
• 6.1.3 木薯茎秆非结构性糖含量及其乙醇产量潜力分析81-82
• 6.1.4 木薯茎秆作为生物质能原料的化学特性及利用方式探讨82-83
• 6.1.5 木薯茎秆利用与土壤元素平衡的关系83-85
• 6.2 结论85-86
• 6.3 创新点86-87
• 参考文献87-97
• 致谢97-99
• 个人简介99

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

广西南宁市农业气候资源分析与合理利用对策    黄中雄;马艺;陈翠敏;

基于燃料特性的秸秆积灰结渣    王晓岚;那峙雄;

秸秆生物质燃料燃烧特性分析    潘雯瑞;任建兴;

中国生物质固体成型燃料技术和产业    赵立欣;孟海波;姚宗路;田宜水;

广西木薯茎秆资源的能源利用    陶光灿;谢光辉;Hkan rberg;熊韶峻;

喷施多效唑对木薯产量及生长的影响    袁展汽;刘仁根;汪瑞清;肖运萍;林洪鑫;

酸预处理—酶水解法从木薯秆中提取糖的研究    郭薇;张曾;王萍;

循环流化床燃烧生物质的结渣问题研究    刘仁平;金保升;仲兆平;

木薯植株的解剖学研究    马妙娟;

木薯茎秆粉碎还田对土壤肥力的影响    李红雨;罗兴录;刘玉生;莫凡;

建筑产品决策过程中问卷调查的多因子方差分析方法探讨    贾刘强;邱建;

基于主成分分析的阜阳市城市竞争力评价    张士杰;王辛;

木薯酒精产业发展对策研究    李剑;刘德钦;

皖南地区区域地球化学特征及成矿潜力的地球化学预测    程乃福;

天然次生林抚育间伐效果分析    迟德霞;刘明国;苏芳莉;孔祥文;胡万良;

南阳烟区不同年份烤烟主要化学成分的变异分析    李东亮;沈笑天;许自成;

苏北地区经济发展与生态环境协调发展研究    常玉苗;张涛;

云南糯扎渡自然保护区植被沿坡度空间分异研究    喻庆国;曹顺伟;邓喜庆;卢双珍;

广西能源木薯可持续发展的优势、问题和对策    班美玲;周生茂;韦本辉;林卫东;李宝会;

广东烤烟主产区烤烟化学成分分析    左安建;

滇牡丹花色类群性状变异分析    张艳丽;李文娟;王雁;李正红;马宏;刘秀贤;万友名;

生物质(秸秆)成型燃料制备技术应用与市场需求展望    周斌;雷建国;魏然;

浅论生物质气化发电技术及在云南省和东南亚国家的应用潜力    甄恩明;蔡正达;王文红;

浅论生物质气化发电技术及应用潜力    甄恩明;蔡正达;王文红;

基于热重分析的生物质热解动力学研究进展    蔡鹏瑶;黄光群;韩鲁佳;

基于GIS的可持续发展水平空间差异的实证分析    李丽娜;石培基;李建豹;

工业木薯渣的热裂解试验研究    岳金方;左春丽;

生物质与煤热解特性及动力学研究    朱孔远;谌伦建;马爱玲;

纤维素生产燃料乙醇技术概述    吴昊;解生权;韩晓颖;

混凝土氧气扩散系数试验研究    耿欧;袁迎曙;朱辉;李富民;

面向船舶制造协同物流网络的资源优化研究    徐小峰

区域产学研结合技术创新体系研究    曹静

基于凹凸棒石粘土的麦秸木质陶瓷制备与性能表征    吴文涛

基于网络关系视角的专业服务企业全球市场参与战略研究    李秀菊

木质素及其模型物在不同热化学环境下的解构    刘江燕

鄱阳湖重金属污染特征研究及环境容量估算    李鸣

秸秆类生物质流态化燃烧特性研究    秦建光

基于组分的生物质热裂解机理研究    刘倩

湖南南天竹遗传多样性及园林利用评价体系研究    唐丽

广州市青山绿地—城市林带林区生态功能研究    吴敏

湖北省农村沼气产业化发展模式与对策研究    刘莹玉

土地整理项目绩效评价研究    杨洪蛟

IT行业员工离职预警问题研究    范红朴

生物质与煤共热解实验研究    朱孔远

基于SEM的人力资源管理实践活动对企业绩效的影响研究    侯胤光

煤炭企业人力资源管理指数研究    周楠

盲校中学生学校适应研究    郭逊

大学生英语学习焦虑问卷编制与应用    安翠林

异戊烯酸甲酯催化合成及动力学研究    杨涛

关于产品价格感知维度的——中美大学生消费者比较研究    王思雯

不同生态区谷子创新种质主要农艺性状与产量相关性分析    秦岭;管延安;杨延兵;张华文;

有机无机肥料长期配施对作物产量及氮素吸收利用的影响    晁赢;李絮花;赵秉强;左余宝;林治安;

不同施肥模式对甘薯生长发育及高产生理特性的影响    辛国胜;林祖军;韩俊杰;刘志坚;商丽丽;刘述河;潘少丽;郭征华;

油菜配方施肥肥效试验初报    陈珠宝;张运根;

综述棉籽的深加工及综合利用    郑晓吉;周金玲;罗鹏;

不同叶龄插秧对北方粳稻产量与质量的影响    张文香;王成瑷;赵磊;赵秀哲;侯文平;高连文;

黔花生二号适宜播期的研究    罗敏;杨顺国;

水稻粒形与稻米品质间相关性研究进展    杨联松,白一松,许传万,胡兴明,王伍梅

安徽省优质稻米品质性状的相关性研究    夏加发;李泽福;陈多璞;王元垒;石英尧;

土壤肥力和植株密度对冬小麦冠层结构的影响    石强;李德志;朱志玲;王绪平;盛丽娟;柯世朕;王超华;范旭丽;

拟南芥胁迫诱导microRNA的分离及其功能研究    刘涵华;田鑫;吴长艾;杨国栋;黄金光;郑成超;

    记者 曾永联　通讯员 张华勇

纤维素的酶水解及超声波对其加速作用的研究    何泽超

稻秸热解过程中碱金属析出的实验研究    唐艳玲

杨树废料型煤燃烧和固硫特性的研究    徐德良

生物质气流床气化特性及半焦气化动力学研究    曹小伟

不同栽培措施对燕麦生长发育及产量影响    王林

纤维素的酸水解及对稻壳中二氧化硅形貌的影响    张弘

双酶协同水解木薯淀粉水解液对小球藻生物量和油脂积累的影响    李玉芹;袁正求;冯岳;黎萍;周蒙;姚威;张剑;

    

    

    

    

    

    

    

    

    

和吉农民稼穑变奏曲    本报记者 苏道生

木薯茎秆作为生物质能原料的化学特性研究    韦茂贵

木薯光合生理、结构及相关基因表达特征的初步研究    张杨

木薯块根淀粉形态发生与积累的酶活性动态初步研究    闵义

木薯光合特性的生理生态研究    左应梅

干旱与低温胁迫下木薯基因表达谱分析及鉴定    周芳

木薯生长特性及贮藏对其品质影响的研究    尹秀华

四个木薯品种在云南的适应性试验及相关栽培技术研究    张林辉

木薯体胚诱导及生理生化和蛋白质调控初步研究    王静

木薯叶片应答不同光照处理的比较蛋白质组学初步研究    贺庭琪

木薯低温胁迫生理生化响应及蛋白质组学研究    李庚虎

嫁接木薯代谢途径交互应答的蛋白质组学研究    安飞飞

水杨酸和油菜素内酯对木薯苗期抗旱性的影响    李一萍

耐旱木薯种质资源的鉴定与评价    王晓庆

木薯SBEⅡ和MeEFⅠ基因物理定位的研究    冯耀文

木薯遗传图谱的构建及耐寒性的QTL定位    孙湘来