开发和利用生物质能不仅可以缓解能源危机,还可以保护生态环境。常用的生物燃料主要来自陆地生物质,由于占用耕地、收集半径大和热值低等原因,促使人们把注意力放到海洋生物质上。另外石油资源的短缺也促使对海藻的化石燃料—油页岩的关注度增加。与传统生物质相比,海藻具有油脂含量高、生长速度快、生长周期短、环境适应性强和不占用耕地等优点。因此,研究海藻和油页岩的能源化转换和利用显得尤为重要。本文利用在线称重的恒温干燥箱、热重分析仪、管式炉烟气分析实验台和微波热解系统实验台对海藻和油页岩及其混合物的干燥、燃烧和热解特性进行了实验研究,分析了各种因素对性能的影响规律,同时利用微波热解系统对垃圾的热解特性进行了研究,为垃圾处理提供新的技术路线和理论指导。通过对马尾藻与油页岩的含水率、干燥厚度以及干燥温度的研究,得出在不同干燥条件下马尾藻和油页岩的干燥规律;常用的薄层干燥模型中,Logarithmic模型的拟合效果最好;马尾藻有效湿分扩散系数在1.03×10-8².38×10-8m2/s的范围,干燥扩散活化能值Ea为17.35 kJ/mol,指前因子D0为3.61×10-6 m2/s;油页岩有效湿分扩散系数在2.73×10-8¹.34×10-7m2/s的范围,干燥扩散活化能值Ea为32.91 kJ/mol,指前因子D0为1.82×10-3 m2/s;随着温度的增加,其有效湿分扩散系数增大。利用热重分析仪,研究海藻(小球藻)在不同气氛下的热解特性,得到反应动力学参数。在氮气气氛中,小球藻只有一个主要热解阶段,发生在140-550°C之间;然而在二氧化碳气氛中,有两个主要的热解阶段,分别发生在140-560°C和560-1000°C之间;小球藻在二氧化碳气氛的热解剩余质量(16.86%)小于在氮气气氛的热解剩余质量(23.12%);添加碱土金属和碱金属化合物后固体残渣率的顺序是:without>MgO>CaO>BaCO₃>K2CO₃>Na2CO₃,表明碱土金属和碱金属化合物可能加速有机物的降解率;添加碱土金属和碱金属化合物的初始分解温度增加了3.2-10.2K,最后温度降低约3.5-9.4K,表明添加剂可以缩短热解时间;最大失重率遵循的顺序Na2CO₃>CaO>K2CO₃>BaCO₃>MgO>without;平均活化能(Em)变化从99.60到134.05 kJ mol-1,表明碱土金属和碱金属化合物对平均活化能(Em)具有影响。通过热重分析仪对大型海藻(马尾藻)和油页岩及其混合物的热解进行了研究,并研究了马尾藻和桉树的混合热解,分析了混合热解协同作用机制。马尾藻和油页岩混合物的热解反应温度在马尾藻和油页岩之间,马尾藻和油页岩混合后热解存在协同促进作用;马尾藻和桉树的热解温度相近,马尾藻和桉树的混合物的热解特性也与二者相似,马尾藻热解表现为放热效应,桉树热解表现为吸热效应,混合热解时发生耦合反应。利用管式炉烟气测试实验台,分析马尾藻与油页岩及其混合物燃烧过程中的烟气污染物排放情况。结果表明:海藻燃烧时,随着温度提高,CO、H₂和NO开始释放时间和完成时间逐渐呈减少趋势,释放的峰值浓度则先增加后减少,平均浓度、气体体积、气体质量和元素转化率则呈现先增加后减少的趋势;CO和H₂释放速率增加,但也增加了CO和H₂燃尽度;形成了富燃料的还原性气氛,同样也增加了NO破坏度,因此形成了NO排放先增加后下降的趋势;C、H和N元素转化率最大分别为30.87%(600℃)、2.78%(600℃)和30.99%(700℃)。油页岩燃烧及其与马尾藻混合燃烧时,随着温度提高,CO、H₂、NO和SO₂开始释放时间和完成时间逐渐呈减少趋势,气体体积、气体质量则呈现先增加后减少的趋势;CO和H₂释放速率增加,但也增加了CO和H₂燃尽度;油页岩的燃烧中,C、H、N和S元素转化率最大分别为78.88%(400℃)、4.85%(600℃)、1.52%(700℃)和96.24%(600℃)。马尾藻和油页岩的混合,将促进燃烧反应的进程,抑制H₂的排放,在一定条件下抑制NO和SO₂的产生。利用微波实验系统,研究了微波催化热解油页岩和马尾藻产油的影响因素,探究油页岩与马尾藻以及马尾藻与桉树混合热解的作用机制。结果表明:微波催化热解油页岩时氯化镁、氯化锌和磷酸二氢钠都有助于物料温度的升高,添加磷酸二氢钠的油页岩的页岩油产量最大,添加氯化镁的油页岩的产气量最大;三种金属氧化物(氧化铜、氧化镁和氧化钙)对物料温度的升高帮助不大,添加氧化镁的油页岩页岩油产量最大,添加氯化铜的油页岩产气量最大。微波热解马尾藻时,三种金属盐(氯化镁、氯化锌和磷酸二氢钠)均有较好的促进海藻产油的作用。其中,添加磷酸二氢钠的生物油产量高达26.47%,氯化锌次之,为19.6%。三种金属氧化物(氧化铜、氧化镁和氧化钙)都能促进产油量的增加,产油量最大的是添加氧化镁的样品;无催化剂的样品的产气量最大。微波热解油页岩时马尾藻的添加对油页岩热解温度的上升具有积极作用,混合马尾藻后的油页岩,无论是产油量、产气量还是转换率都比纯油页岩大,油页岩和马尾藻混合热解时存在协同作用,且油页岩/马尾藻为9:1时,产油量和产气量都最大;马尾藻和桉树混合热解时产油量最大的是马尾藻/桉树为3:7时,达24.87%;产气量最大的是马尾藻/桉树为5:5时,达65.40%。马尾藻和桉树混合热解中存在协同作用,且混合比例为1:1时,这种协同作用最为明显。采用微波实验系统研究了生活垃圾的微波裂解特性。探讨温度对裂解产物、产气规律和气体组分的影响规律。垃圾在微波炉内裂解时升温速率很快,微波加快了垃圾完成裂解的时间。当裂解温度由400℃升高到600℃时,固体产物的质量由55%减少到26%,液体产物的产生量由21.52%增加到27.83%,裂解气的质量回收率由12%升高到35%。利用气质联用设备对产物进行分析,裂解气主要含有H₂、CO、CO₂、CH4和CnHm等气体成分。随温度升高,甲烷含量逐渐增大,CnHm含量500℃最高,H₂在温度低于450℃时析出量很低,550℃之后H₂体积分数迅速增加。该研究结果可为垃圾的资源化利用提供参考。