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分歧农业生物质烧毁物的热解特征及动力学对比
[2018/08/07 ]

  该4种生物质的最大失沉速度峰均呈现正在第II阶段◁◆•-,约300~360℃之间◆▪■▷,玉米芯的最大热解速度为-17■◆•……△.00%/min●△◁,对应峰温为334•◇•.4℃☆•△•▼,稻秸的最大热解速度为-13■▼▽□◆.36%/min▲■◆▽•▷,对应峰温为336★▪-.1℃▽○▷▓◇,比花生壳和稻壳的峰值温度高◁•★,可是稻秸的最大热解速度高于花生壳的最大热解速度(-12△▓◆●▪.48%/min)…○…▼□,而低于稻壳的最大热解速度(-14▪▲▼.00%/min)*

  2▷…•▓◁.3热解特征的DSC曲线暗示生物质正在热解过程中的吸▽△▼、放热变化纪律■●★-。从DSC曲线种生物质的DSC曲线℃)存正在较着的吸热峰-▓••★,该峰次要是因为残剩内正在水分或水分蒸发吸热所致◆○□☆△,此时对应DTG曲线的热解初期呈现一个较着的肩状峰-▪▽●,同样地=••◆=,该肩状峰是因为生物质水分敏捷蒸发所致=□•…。跟着温度的升高◆★△●,正在200℃当前◆▪☆▽▷,纤维素和半纤维素起头热解并放出大量热量•●▲,形成DSC曲线敏捷上升▽◇◆,热解反映速度升高•■○,放热量增大

  比力该4种生物质的DSC曲线发觉▼▼○,稻秸热解过程放热峰的峰面积远高于其他生物质试样◁◆-,这从侧面申明了正在该4种生物质中…△☆•△…,稻秸正在热解过程的放热量最大○☆-▪,最有益于生物质燃气的生成▼☆▲•○。2•-●-△▷.4热解反映特征指数阐发

  所用样品取自沈阳市辽中县黄土坎村的玉米芯◁◇□▷▲=、花生壳-○•、稻壳和稻秸▷•◆☆,阐发前先将其天然风干◆••=□▼,然后进行破坏☆□▪◇□◆,并采用去离子水洗涤•▓▽●◇●,以去除试样中的外源性灰尘△▷△,最初烘干◇▓△▓◇▽。样品的工业阐发◇◆▓▪、元素阐发和组分阐发见表1○◇•◆?▓

  从图2看出△•…○,的热解特征及动力学对比该4种生物质的最大失沉速度峰对应的峰值温度均正在300~360℃之间◇○■▲☆,Maciel等☆▓○▲◆!

  摘要=▪•◆▓:为了充实操纵农业生物质烧毁物进行热解气化▽•…=▼,以玉米芯◇☆▷▲•、花生壳•★□、稻壳和稻秸为研究对象◇◇●☆◁,以髙纯氮气为载气▲▪=▼•▓,通过热沉阐发和质谱阐发联用手艺•●=▷,调查了其热解过程的失沉机制★■▼◇-▪、热流变化纪律…•□▪、小可燃气体(CO•○…▼-△,H2和CH4)的纪律及分析热解特征△=△★▼。成果表白▪◆-•,生物质的热解失沉次要发生正在220~410t■▽△☆,玉米芯正在该区间的失沉最髙=★◇●,占总失沉的80%~90%▓□☆;挥发分分析指数D•◇▓☆▲□:玉米芯>稻秸>稻壳>花生壳■△•▓◇◆,活化能☆•◇★◆:稻壳>玉米芯>稻秸>花生壳▓▲■□▪□,固体残剩物-▼●◇:稻壳>花生壳>稻秸>玉米芯☆▓▪■,总体上看△◁•○◁,玉米芯和稻秸的热不变性较差…△▷★,而稻壳和花生壳的热不变性较好-■-;通过Coats-Redfern法计较获得了响应的活化能和频次因子…◁○-▓,计较成果取热沉试验根基分歧□★•▲●?▓

  阐发表2可知◇▼=▽,玉米芯的挥发分分析特征指数D值最高=△◁▲○,花生壳的最低○-▼…■☆,而稻壳和稻秸居中●-=☆■,挥发分分析特征指数排序为玉米芯>稻秸>稻壳>花生壳△▪▷■,这申明玉米芯的热不变性最低…▲▓-•●,最有益于热解▽=▲,而稻壳正在该4种生物质中的热不变性最高•△•△▷,花生壳和稻秸的热不变性则居于两头▲○●…▷▽!

  等小燃气的离子流强度均最高△◁▽▼△■,其次为稻壳和玉米芯○-▪△-=,而花生壳相对较低▪…▪△…◇.由表1可知■☆◆•,该4种生物质中☆◆▓●△,花生壳的木质素含量最高●★-…□,其纤维素和半纤维素的含量之和较着低于其他3种生物质▪▲▷▪◁,而纤维素和半纤维素热解可发生大量的挥发分气体•△▽▓□。因而◁☆▽▷•,可优先选用稻秸做为原料进行热解气化★◁■▲…●,以制备愈加优良的生物质燃气★▪▲◆•。4热解动力学特征阐发

  纤维素•▷○•、半纤维素和木质素的次要热解温度别离为200〜350℃■▼■▓◇,300〜365℃和200〜600℃▼■•□…,并且碱/碱土金属的存正在加快了生物质一次裂解产品的再裂解▓▲■▲●?▓

  营业(中国新能源网)▷◇…□,28068187 客服■▼■☆,28902366 链接推广 展汇合做•▼▲!

  (1•▓▲.资本取土木匠程学院□▲▷■▽,辽宁沈阳110S19★•□□=▷;2▲▽◇•.沈阳建建大学市政取工程学院□○…=,辽宁沈阳110168)

  1)生物质热解大致可分为3个阶段□…•:失水预热解•▷◁▓▓、挥发阐发出和炭化阶段•▪▓▷…;玉米芯的热解总失沉为75%•▼•●★,花生壳▷★□-、稻秸和稻壳为65%◆☆◇,60%和40%▓▼★◁;热解动力学特征取试验成果根基连结分歧

  4的强度排序为=▓●▽◁:稻秸>稻壳>玉米芯>花生壳★◇=△▷。总体上看▪•▷▼●▓,稻秸发生的CO△▼•▼★,H2•▷▲☆■,CH

  3)生物质热解气体的来历和路子的分歧形成气体析出强度的分歧…▷☆,稻秸小燃气的强度最高•-▓○=▓,而稻壳和玉米芯次之-◁○,花生壳最低▼▽▪•▽!

  ▪△-…。因此☆•▓-,形成玉米芯和稻壳正在220〜410℃之间的失沉存正在较大差别的缘由不只取二者的挥发分含量相关★▲★,并且灰分的化学构成对其热解也有主要影响•▼…••!

  生物质热解气化手艺做为一种高效的热化学路子▷▼☆◇,可以或许高效率操纵生物质资本◁•●◆,对农村而言▲▼△▷▼,操纵生物质气化坐发生的生物质燃气能够用做平易近用伙食◇◇•★▽,而发生的热量可为用户供给热能▷★◁▷,既避免了大量的农业物焚烧污染现象▪□…◆★,又处理了村平易近冬季取暖伙食问题△○▷◁,达到了节能减排的结果◆○◇=•●。热解是热化学的根基过程…•▲,通过度析热解动力学参数可预测生物质热解的反映机理○◆◇○◁▷,热解的难易程度及反映速度▽◁△○■☆,可为热化学工艺的优化及研究供给主要的根本数据[3]%

  2▷▪■◁▲★.1热解特征的TG曲线暗示玉米芯▪★○-●•、花生壳★•○、稻壳和稻秸热解过程中的TG曲线种生物质的热解过程大致能够分为3个阶段▓□•■☆。分歧农业生物质烧毁物第I阶段是从室温到220℃摆布▷▓,次要发生生物质脱水反映…▷◁◁▲;第II阶段正在220〜410℃-▷◇▽…,该阶段中生物质发生急剧热裂解▽•○▷●,敏捷出大量挥发分○•◁▓○-。从TG曲线看出★●▼◇▓,玉米芯正在第II阶段内挥发阐发出量约占总失分量的80%〜90%=•,失沉比例最高--◁◆○,而稻壳正在该温度范畴内挥发阐发出量约占总失分量的55%~60%☆▲=□,失沉比例较低★▲=●-,即该温度段内的率相对较低◁▽▽☆?▓

  410℃当前是生物质热解的第III阶段▽●■-☆,该阶段发生的失沉次要是因为木质素的迟缓热解所致▼▲•,该过程又可称为炭化阶段★▼■◆,由于较多的焦炭可正在木质素热解过程中发生□◁★◇。比力生物质热解的总失沉可知◆•◁○,玉米芯热解的总失沉约为75%▷▷,较着高于其他3种生物质■•★=△-。花生壳和稻秸的TG曲线根基分歧▓▲○◆▽,花生壳的热解总失沉正在65%摆布…▽…•◇,而稻秸约为60%◆△▽▪,稻壳约为40%◇▲•…。分歧生物质热解的总失沉表示出较大差别☆■,此次要取物料本身的特征相关★▽▪○□,特别是纤维素••●-□、半纤维素和木质素这三大组分含量的差别-△▼△◆,使得分歧生物质表示出了分歧的热解行为

  从图4看出◁-○•…,正在整个升温过程中■◇▼■▽◇,该4种生物质热解析出CO的离子流强度大小为--▲:稻秸>稻壳>花生壳>玉米芯◁=◇☆;析出H2%

  2▪△●▲.2热解特征的DTG曲线是生物质热解的DTG曲线☆▪●▓。正在不异前提下热解时▼◆◇▲,花生壳◇▼=□、稻壳和稻秸的DTG曲线为单峰曲线…◇■▪▷,玉米芯的DTG曲线个锋利峰▪▼●◁,对应的峰值温度别离为308▓…□•.4℃和334●▪▽•.4℃▽□○-●◆,呈现双峰次要是由于分歧物质的热解温度区域不分歧所致%

  使用耐驰公司的STA449F3型热阐发仪对生物质样品进行热沉阐发-☆▪▽▪▼,并取QMS403D型质谱仪联用持续监测热解发生的小可燃气体(CO◇▷=,CH4◁•▲□,H2)随温度升高的曲线▪■▓▼☆。采用非等温热解试验法★▪▪▷,操纵高纯氮气(纯度99◁☆△◆-.99%)做为载气◇▷☆★▽,其流量为30mL/min▲-•◇▷□;升温范畴是室温(约25℃)至1200℃■☆◇…▲□,加热速度为20℃/min△●▪▓;试验压力为常压▲□★▽;每次试验所用样品约5mg△▪★◇▲!

  对于以煤炭□▲■●•△、石油和天然气等化石能源为从的世界能源布局来说▼•▽○▷,能源欠缺取污染已然成为必需的两题▲◇•▼。生物质能源是一种可再生的洁净能源△□•◆☆,颠末热化学后可获得气▼▲=◁、液和固态等多种能源产品[1]●▓◆◇。中国的生物质能源储量庞大•▼★○◇▲,然而◇★☆▷○,这些生物质资本除了少部门被用做饲料▷…-、燃料◇◆•▓▼…、化工原料外○●▼◆◁,大部门被丢弃正在田间地头间接焚烧▪○…○☆,这不只形成了生物质资本的极大华侈◇-▓,更会导致严沉的大气污染[2]%

  正在通过分歧配比的生物质三组分来研究热失沉过程中各组分之间的耦合影响时发觉□■,200~360℃的失沉峰次要由半纤维素分化惹起◇■▪▲,而且最大热解速度跟着配比生物质中半纤维素组分含量的降低而逐步下降◁▪…▽。由表1的组分阐发可知○●◁◆,半纤维素含量为玉米芯>稻壳>稻秸>花生壳▪▪-◇▲,这取该4种生物质的最大热解速度的大小相分歧%

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  近年来□★◆,浩繁学者对农林烧毁物及加工物的热解特征进行过研究▲▪•☆▲,但大多是针对单一品种生物质的■▓●…•,对于分歧品种生物质的热解特征及动力学参数进行对比阐发少见报道▓•◁,特别对生物质热解过程可燃气体纪律的研究更是鲜见◁▷▽。因而●□△▓,本文采用热沉阐发(TG-D TG-DSC◆•,thermal gravimetric-derivative thermo gravimetric-differential scanning calorimetry) 和质谱(MS•◇△=,mass spectrometry)和质谱(MS□▪●▷,massspectrometry)联用手艺对常见的农业生物质烧毁物(玉米芯▲▲•◇●、花生壳=△★☆、稻壳和稻秸)进行了热沉试验及动力学研究•☆-…-,深切切磋了分歧生物质的热沉行为以及热解过程的热流变化纪律和小可燃气体随温度变化的纪律等•▼=,这对高效操纵生物质具有主要的指点意义%

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  [2]冉景煜□★■▓,曾艳▪◇▓▲,张 力△▼▷■,等▲●◆■•.几种典型农做物生物质的热解及动力学特征[J]•△•○.沉庆大学学报△△▷▽●,2009○◁…,32(1)▲●…:76-81

  具体成果拜见表2◆△■▼◇,玉米芯的挥发分初始析出温度为183℃-▼▷•☆,取花生壳较为接近(186•○○。)…☆▓,而稻壳和稻秸较高☆○◇■△,别离为227℃和204℃•●□•,这申明出●☆▓-…○,需要供给更多热量达到其挥发分初始析出温度◁◁▓▪。从总失沉来看=▼▓▷◆,玉米芯>稻秸>花生壳>稻壳●••▓,玉米芯热解时的挥发分较易析出•-●◇▲,而稻壳较难析因而●☆★,固体残剩物稻壳>花生壳>稻秸>玉米芯

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