保温时间与粒度对稻秆和棉秆热解产物组成及能量转化影响
发布时间：2021-03-30 19:38
热解炭化技术的开发对秸秆的能源化利用具有重要意义。试验研究了保温时间与粒度对水稻和棉花秸秆热解产物理化特性及能源转化的影响。结果表明,保温时间从0到120 min中,秸秆生物炭产率先降低后略增加,热解气中CH4、CnHm和H2百分含量增加,其高位热值和能量转化率增加,而生物炭的pH值、电导率、灰分、固定碳、C、高位热值增加,保温时间为90 min的生物炭的炭化程度最好。秸秆中能量有1.5%5.4%保留在热解气中,有50%57%保留在生物炭中。不同粒度相比,粗粉秸秆的生物炭的炭产率、挥发分、H、O、N及碳转化率最高,细粉秸秆热解气中CO和CH4百分含量、高位热值和能量转化率最高,而超微秸秆生物炭的pH值、灰分、C最高。棉花秸秆生物炭的挥发分、固定碳、C、H、碳转化率、高位热值和能量转化率高于水稻秸秆生物炭。
【文章来源】：农业工程学报. 2018,34(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
保温时间和粒度对秸秆热解产物的影响Fig.1Effectsofholdingtimeandparticlesizeonpyrolysisproductsofcropresidues注：不同字母代表不同粒度秸秆热解产物具有显著差异性（P<0.05）
第22期牛文娟等：保温时间与粒度对稻秆和棉秆热解产物组成及能量转化影响215后增加缓慢（图2）。随着保温时间的增加，秸秆化学键进一步断裂，从而使不可冷凝气体的释放增加[9]。秸秆热解释放最多的是CO2（50%～70%），其次是CO（20%～40%），产生较少的CH4、CnHm和H2。随着保温时间的增加，秸秆热解气的碳转化率开始迅速增加（图3f），保温60min后缓慢增加。这可能是由于保温时间越长，秸秆的含碳有机物分解的越彻底。由图3可以看出，随着保温时间的增加，CO、CO2的百分含量降低，而CH4、CnHm和H2百分含量不断增加。这可能是由于长时间保温导致生物炭和焦油发生二次反应，产生更多的不可冷凝气CH4、CnHm和H2等[9]。H2是一种清洁绿色能源，秸秆中H2百分含量较少的原因是热解的温度（400℃）较低，高温可以提高生物质产H2量[20,23]。本研究与报道的柳枝稷和玉米秸秆热解气变化趋势一致[24]。图2保温时间和粒度对秸秆热解气总产量的影响Fig.2Effectsofholdingtimeandparticlesizeontotalgasyieldofcropresidues图3保温时间和粒度对秸秆热解气组分产率和碳转化率的影响Fig.3Effectsofholdingtimeandparticlesizeongascomponentproportionsandcarbonconversionefficienciesofcropresidues比较不同粒度，粗粉秸秆热解产生的CO2和H2百分含量最高（图3），可能由于颗粒尺寸大，气体在颗粒内部停留时间长，穿过路径长，反应充分。细粉秸秆热解产生的CO、CH4百分含量最高，而超微秸秆不利于气体生成（图3）。比较不同种类，
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2018年216比较不同粒度，除pH值的保温时间为0外，超微秸秆生物炭的pH值和电导率最大，其次是细粉秸秆，粗粉秸秆生物炭的pH值和电导率最低（表2）。比较不同种类，水稻秸秆生物炭的pH值和电导率大于棉花秸秆生物炭，这可能是由于水稻秸秆及其生物炭的碱金属K的碳酸盐或氧化物以及灰分含量高造成的[2,8]。2.4保温时间和粒度对生物炭工业组成的影响保温时间和粒度对生物炭工业组成的影响如图4所示。随着保温时间增加，秸秆生物炭的灰分和固定碳含量增加，挥发分含量降低，且90min后均趋于稳定，表明90min是秸秆炭化的较优保温时间。随着保温时间增加，秸秆生物炭的炭化程度加强。本研究结果与其他生物质如畜禽粪便、木材和红花籽生物炭的工业组成变化趋势相一致[3,20,23]。不同粒度秸秆生物炭的灰分、挥发分和固定碳含量存在显著性差异（P<0.05）（图4）。比较不同粒度，超微秸秆生物炭中灰分含量最高，粗粉秸秆生物炭的挥发分含量最高，细粉秸秆生物炭的固定碳含量最高。在同一保温时间下，水稻秸秆生物炭的灰分含量最高，而棉花秸秆生物炭挥发分和固定碳含量最高。因此，棉花秸秆生物炭由于灰分含量低更适合用作燃料，而水稻秸秆生物炭由于含有更多的无机矿物质成分可作为生物炭基肥料。图4保温时间和粒度对生物炭工业组成的影响Fig.4Effectsofholdingtimeandparticlesizeonproximatecompositionsofbiochars2.5保温时间和粒度对生物炭元素组成的影响保温时间和粒度对生物炭元素组成的影响如图5所示。随着保温时间的增加，秸秆生物炭中C元素含量增加，生物炭的H、O和N元素含量减少，这与报道的棉?
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析[J]. 刘朝霞,牛文娟,楚合营,牛智有. 农业工程学报. 2018(05)
[2]基于能量得率的棉秆热裂解炭化工艺优化[J]. 徐佳,刘荣厚,王燕. 农业工程学报. 2016(03)
本文编号：3110036
【文章来源】：农业工程学报. 2018,34(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
保温时间和粒度对秸秆热解产物的影响Fig.1Effectsofholdingtimeandparticlesizeonpyrolysisproductsofcropresidues注：不同字母代表不同粒度秸秆热解产物具有显著差异性（P<0.05）
第22期牛文娟等：保温时间与粒度对稻秆和棉秆热解产物组成及能量转化影响215后增加缓慢（图2）。随着保温时间的增加，秸秆化学键进一步断裂，从而使不可冷凝气体的释放增加[9]。秸秆热解释放最多的是CO2（50%～70%），其次是CO（20%～40%），产生较少的CH4、CnHm和H2。随着保温时间的增加，秸秆热解气的碳转化率开始迅速增加（图3f），保温60min后缓慢增加。这可能是由于保温时间越长，秸秆的含碳有机物分解的越彻底。由图3可以看出，随着保温时间的增加，CO、CO2的百分含量降低，而CH4、CnHm和H2百分含量不断增加。这可能是由于长时间保温导致生物炭和焦油发生二次反应，产生更多的不可冷凝气CH4、CnHm和H2等[9]。H2是一种清洁绿色能源，秸秆中H2百分含量较少的原因是热解的温度（400℃）较低，高温可以提高生物质产H2量[20,23]。本研究与报道的柳枝稷和玉米秸秆热解气变化趋势一致[24]。图2保温时间和粒度对秸秆热解气总产量的影响Fig.2Effectsofholdingtimeandparticlesizeontotalgasyieldofcropresidues图3保温时间和粒度对秸秆热解气组分产率和碳转化率的影响Fig.3Effectsofholdingtimeandparticlesizeongascomponentproportionsandcarbonconversionefficienciesofcropresidues比较不同粒度，粗粉秸秆热解产生的CO2和H2百分含量最高（图3），可能由于颗粒尺寸大，气体在颗粒内部停留时间长，穿过路径长，反应充分。细粉秸秆热解产生的CO、CH4百分含量最高，而超微秸秆不利于气体生成（图3）。比较不同种类，
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2018年216比较不同粒度，除pH值的保温时间为0外，超微秸秆生物炭的pH值和电导率最大，其次是细粉秸秆，粗粉秸秆生物炭的pH值和电导率最低（表2）。比较不同种类，水稻秸秆生物炭的pH值和电导率大于棉花秸秆生物炭，这可能是由于水稻秸秆及其生物炭的碱金属K的碳酸盐或氧化物以及灰分含量高造成的[2,8]。2.4保温时间和粒度对生物炭工业组成的影响保温时间和粒度对生物炭工业组成的影响如图4所示。随着保温时间增加，秸秆生物炭的灰分和固定碳含量增加，挥发分含量降低，且90min后均趋于稳定，表明90min是秸秆炭化的较优保温时间。随着保温时间增加，秸秆生物炭的炭化程度加强。本研究结果与其他生物质如畜禽粪便、木材和红花籽生物炭的工业组成变化趋势相一致[3,20,23]。不同粒度秸秆生物炭的灰分、挥发分和固定碳含量存在显著性差异（P<0.05）（图4）。比较不同粒度，超微秸秆生物炭中灰分含量最高，粗粉秸秆生物炭的挥发分含量最高，细粉秸秆生物炭的固定碳含量最高。在同一保温时间下，水稻秸秆生物炭的灰分含量最高，而棉花秸秆生物炭挥发分和固定碳含量最高。因此，棉花秸秆生物炭由于灰分含量低更适合用作燃料，而水稻秸秆生物炭由于含有更多的无机矿物质成分可作为生物炭基肥料。图4保温时间和粒度对生物炭工业组成的影响Fig.4Effectsofholdingtimeandparticlesizeonproximatecompositionsofbiochars2.5保温时间和粒度对生物炭元素组成的影响保温时间和粒度对生物炭元素组成的影响如图5所示。随着保温时间的增加，秸秆生物炭中C元素含量增加，生物炭的H、O和N元素含量减少，这与报道的棉?
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析[J]. 刘朝霞,牛文娟,楚合营,牛智有. 农业工程学报. 2018(05)
[2]基于能量得率的棉秆热裂解炭化工艺优化[J]. 徐佳,刘荣厚,王燕. 农业工程学报. 2016(03)
本文编号：3110036
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