华中和西南区秸秆热解特性研究

发布时间：2020-06-02 06:27

【摘要】：生物质能是世界第四大能源之一,农作物秸秆是一种重要的生物质资源。生物质的热解利用越来越受到各国的重视,利用热解技术获取生物质能是未来最有前景的生物质能利用方式之一。本研究以油菜、水稻、玉米、小麦和棉花秸秆为研究对象,采用SDT-Q600型同步热分析仪,对秸秆进行热解试验,结合木质纤维含量和热化学工程特性对秸秆进行热解特性分析。建立了热解动力学模型,获取秸秆的热解动力学参数。利用DSC曲线求取了热解过程吸热量。主要研究结论如下:(1)秸秆热解TG曲线表现形状基本上是类似的,TG曲线呈现为“S”型。但是在热解反应的起始和终止温度、失重速率以及失重速率峰值点、残余物含量等方面的特征有一定的差异。由TG曲线来看,可以将热解过程分为预加热和干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和残炭分解阶段四个阶段。(2)油菜、水稻、小麦和棉花试样的TG曲线基本重合,玉米试样的TG曲线与其他试样的明显不同。五种秸秆试样的DSC曲线走势类似,但是各个试样DSC曲线间的热流值均不相等;三个地区小麦秸秆试样的DTG曲线均不相同,最大热解速率也各不相等,云南和湖北地区的小麦秸秆试样在低温区出现了明显的侧峰;四川、湖北和云南三个地区小麦秸秆试样的DSC曲线差异明显,各个试样DSC曲线间的热流值均不相等,四川地区小麦秸秆试样出现明显的峰值,其他两个地区秸秆试样不明显。说明秸秆的种类和产地均对秸秆的热解特性有影响。(3)油菜秸秆热解主要失重的第一阶段活化能分布在35.10~37.30 k J/mol的范围内,第一阶段的频率因子分布在0.12~0.39 S-1的范围内;第二阶段的活化能分布在112.77~124.99 k J/mol的范围内,第二阶段的频率因子分布在7.07E+06~8.73E+07 S-1的范围内,线性相关系数0.99。小麦秸秆热解主要失重第一阶段的活化能分布在48.51~132.37k J/mol的范围内,第一阶段的频率因子分布在5.64~8.85E+07 S-1的范围内;第二阶段的活化能分布在75.07~144.38k J/mol的范围内,第二阶段的频率因子分布在2.27E+03~3.4E+09的范围内。线性相关系数r都在0.99以上。玉米秸秆热解主要失重第一阶段的活化能分布在59.79~89.86k J/mol的范围内,第一阶段的频率因子分布在5.62E+01~4.4E+04 S-1的范围内;第二阶段的活化能分布在96.35~121.98k J/mol的范围内,第二阶段的频率因子分布在1.09E+05~3.89E+07 S-1的范围内,线性相关系数都在0.99以上。水稻秸秆样品的热解失重阶段的活化能分布在89.21~101.08k J/mol之间,频率因子分布在4.97E+04~3.53E+05 S-1的范围内,相关系数都在0.99以上。油菜秸秆的吸热量在414.41~1182 J/g的范围内,小麦秸秆的吸热量在586.16~2525.37 J/g的范围内,玉米秸秆的吸热量在2486.88~2873.92J/g的范围内,水稻秸秆的吸热量在1680.75~2374.5J/g的范围内。小麦秸秆的吸热量变动范围较广,玉米秸秆的吸热量比较集中。油菜、小麦、玉米和水稻秸秆的热解吸热量各不相同,差异很大。玉米秸秆样品的吸热量平均值最大,比较集中;而小麦秸秆样品的热解吸热量均值最小,说明秸秆种类对热解吸热量影响很大。(4)通过对小麦和玉米秸秆的吸热量对比,湖北产区的这两种秸秆吸热量都较其他两个产区的秸秆样品大;湖北产区的这两种秸秆同样具有较高的低位热值,说明地域对秸秆热解吸热量有影响,同时具有较高低位热值的秸秆种类的热解吸热量普遍较大。
【图文】：

热分析仪,主要参数,基本参数

图 2-1 SDT-Q600 型同步热分析仪Fig.2-1 SDT-Q600 simultaneous thermal analyzerSDT-Q600 型同步热分析仪的主要参数如表 2-1 所示。表 2-1 SDT-Q600 型同步热分析仪基本参数Tab.2-1 the basic parameters of SDT-Q600 simultaneous thermal analyzer

原理图,热重分析仪,原理图,热分析仪

图 2-2 热重分析仪原理图Fig.2-2 Thermal Analyzer Schematic打开氮气，将同步热分析仪炉内的空气排干净，并持续通入氮分析仪的启动开关，待同步热分析仪完成启动后，，再将配套电开同步热分析仪控制程序，打开 Summary，在 Sample Name 中
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6

【参考文献】