氧量对典型农林废弃物热解焦的影响
发布时间：2021-11-17 13:28
以稻秆和松木稻秆成型颗粒代表典型农林废弃物,采用热棒式反应器及FTIR等对不同氧气浓度下（0%、5%、10%、15%和21%）稻秆和松木的热解特性进行了研究。结果表明,氧气对生物质焦的表面官能团及孔隙结构有显著影响。随着氧气浓度的提高,生物质焦的平均孔容也相应增大,温度达到500℃时,稻秆焦和松木焦的平均孔容分别从惰性气氛时的0.009 cm3/g和0.005 cm3/g提高至21%氧气浓度时的0.030 cm3/g和0.042 cm3/g。随着氧气浓度的提高,各孔径的孔对比表面积的贡献均有所提高,特别是有氧气氛下对于微孔的提高更加明显,各孔径的孔贡献的比表面积均有所提高,且氧气对于微孔的形成具有极为明显的促进作用;相同热解终温下,氧气浓度越高,焦炭产率越低。有氧气氛促进了生物质向气相的转化,使焦炭的孔隙结构更为发达。
【文章来源】：工业加热. 2019,48(01)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
热棒式反应器表1实验样品工业分析和元素分析
获得，水的质量通过生物质热解前总质量与焦、气体和焦油质量相减获得。热棒式固定床反应器制取焦炭通过FTIR（傅里叶变换红外光谱计）及比表面积分析仪对焦炭特性进行分析，研究热解过程中生物质内部结构的变化。2氧量对热解的影响2.1表面官能团对于稻秆来说，根据对惰性条件下焦炭FTIR分析，其在300℃热解终温时已发生较为显著化学变化，因此，本文选取不同氧气浓度（0%、5%、10%、15%、21%）时300℃热解温度的稻秆焦进行FTIR图谱分析，结果如图2所示。图2稻秆300℃不同氧气浓度下热解焦的FTIR谱图（由下向上分别为惰性及5%~21%O2）通过比较惰性气氛和有氧气氛下的稻秆焦傅立叶红外吸收光谱可知，氧气对焦的表面官能团影响显著。3362cm-1处对应的酸/醇/酚类中的-OH、2850~3000cm-1的烷基-CHx、1700~1715cm-1和1651cm-1处对应于芳香族中的C=O以及羧基中的C=O在有氧气氛下明显减小，且随氧气浓度增加进一步减少。C=O易析出形成CO气体，这一过程是羰基的直接断键或羧基脱除造成。局部氧化反应提高了温度，加速了C=O官能团的断裂脱落。800～900cm-1对应的芳香环上的C-H的谱峰吸收强度随氧气浓度提高而明显加强。可见，生物质焦的结构在有氧气氛下更加趋于芳香化，芳香结构上的侧链显著减少。·16·
2019年第48卷第1期Vol.48No.12019INDUSTRIALHEATING对于松木，根据之前对惰性条件下焦炭FTIR分析，其在400℃时正处于热解反应的主要温度区间，本文选取400℃不同氧气浓度（0%、5%、10%、15%和21%）下松木焦的FTIR图谱进行分析，如图3所示。图3松木400℃不同氧气浓度下热解焦的FTIR谱图（由下向上分别为惰性及5%~21%O2）2850~3000cm-1的烷基-CHx吸收强度随氧气浓度升高而降低，至15%氧气浓度时已基本检测不出-CHx吸收峰，3362cm-1处对应的酸/醇/酚类中的-OH吸收峰在惰性气氛时非常明显，留有的可能是苯环上的较稳定的羟基，在5%氧气浓度时，该处吸收峰基本消失，但当氧气浓度继续提高时，该波长位置又出现了明显的吸收峰。该位置的-OH吸收峰可能源自高氧浓度下，氧在松木焦表面的化学吸附形成的-OH。2.2孔隙结构氧气对孔隙结构的影响通过比表面积分析仪测试，图4（a）和图4（b）分别为500℃热解终温下，稻秆和松木在不同氧气浓度下获得的生物质焦比表面积随孔径分布结果。从图4中可以明显看到氧气对于生物质焦孔隙的影响。首先，随着氧气浓度的提高，各孔径的孔对比表面积的贡献均有所提高，特别是有氧气氛下对于微孔的提高更加明显，孔径接近2nm时，曲线上升斜率陡然提高。对比稻秆和松木的曲线可知，稻秆焦孔隙结构中，中孔具有一定数量，曲线在中孔孔径处呈现明显上凸形状。有氧气氛下，中孔数量也被明显提高。而松木焦中孔数量并不明显，与大孔基本相当。松木焦的比表面积主要来自于微孔的贡献，而氧气对于微孔数量的影响也比稻秆更加显著。惰性气氛下获得的松木焦微孔数量?
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同热解温度下稻壳炭的理化特性分析[J]. 吕娟,王明峰,蒋恩臣,钟旋. 可再生能源. 2017(10)
[2]生活垃圾与柳树枝共热解研究[J]. 宋强,杨晓菡,赵洪宇,张蒙蒙,宋丽华,舒新前. 可再生能源. 2017(06)
[3]生物质热解炭化的关键影响因素分析[J]. 王茹,侯书林,赵立欣,孟海波,田宜水. 可再生能源. 2013(06)
[4]落叶松树皮喷动循环流化床快速热解的影响因素[J]. 王鹏起,常建民,杜洪双,李瑞,何明明,张立塔. 林业科学. 2009(10)
本文编号：3501011
【文章来源】：工业加热. 2019,48(01)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
热棒式反应器表1实验样品工业分析和元素分析
获得，水的质量通过生物质热解前总质量与焦、气体和焦油质量相减获得。热棒式固定床反应器制取焦炭通过FTIR（傅里叶变换红外光谱计）及比表面积分析仪对焦炭特性进行分析，研究热解过程中生物质内部结构的变化。2氧量对热解的影响2.1表面官能团对于稻秆来说，根据对惰性条件下焦炭FTIR分析，其在300℃热解终温时已发生较为显著化学变化，因此，本文选取不同氧气浓度（0%、5%、10%、15%、21%）时300℃热解温度的稻秆焦进行FTIR图谱分析，结果如图2所示。图2稻秆300℃不同氧气浓度下热解焦的FTIR谱图（由下向上分别为惰性及5%~21%O2）通过比较惰性气氛和有氧气氛下的稻秆焦傅立叶红外吸收光谱可知，氧气对焦的表面官能团影响显著。3362cm-1处对应的酸/醇/酚类中的-OH、2850~3000cm-1的烷基-CHx、1700~1715cm-1和1651cm-1处对应于芳香族中的C=O以及羧基中的C=O在有氧气氛下明显减小，且随氧气浓度增加进一步减少。C=O易析出形成CO气体，这一过程是羰基的直接断键或羧基脱除造成。局部氧化反应提高了温度，加速了C=O官能团的断裂脱落。800～900cm-1对应的芳香环上的C-H的谱峰吸收强度随氧气浓度提高而明显加强。可见，生物质焦的结构在有氧气氛下更加趋于芳香化，芳香结构上的侧链显著减少。·16·
2019年第48卷第1期Vol.48No.12019INDUSTRIALHEATING对于松木，根据之前对惰性条件下焦炭FTIR分析，其在400℃时正处于热解反应的主要温度区间，本文选取400℃不同氧气浓度（0%、5%、10%、15%和21%）下松木焦的FTIR图谱进行分析，如图3所示。图3松木400℃不同氧气浓度下热解焦的FTIR谱图（由下向上分别为惰性及5%~21%O2）2850~3000cm-1的烷基-CHx吸收强度随氧气浓度升高而降低，至15%氧气浓度时已基本检测不出-CHx吸收峰，3362cm-1处对应的酸/醇/酚类中的-OH吸收峰在惰性气氛时非常明显，留有的可能是苯环上的较稳定的羟基，在5%氧气浓度时，该处吸收峰基本消失，但当氧气浓度继续提高时，该波长位置又出现了明显的吸收峰。该位置的-OH吸收峰可能源自高氧浓度下，氧在松木焦表面的化学吸附形成的-OH。2.2孔隙结构氧气对孔隙结构的影响通过比表面积分析仪测试，图4（a）和图4（b）分别为500℃热解终温下，稻秆和松木在不同氧气浓度下获得的生物质焦比表面积随孔径分布结果。从图4中可以明显看到氧气对于生物质焦孔隙的影响。首先，随着氧气浓度的提高，各孔径的孔对比表面积的贡献均有所提高，特别是有氧气氛下对于微孔的提高更加明显，孔径接近2nm时，曲线上升斜率陡然提高。对比稻秆和松木的曲线可知，稻秆焦孔隙结构中，中孔具有一定数量，曲线在中孔孔径处呈现明显上凸形状。有氧气氛下，中孔数量也被明显提高。而松木焦中孔数量并不明显，与大孔基本相当。松木焦的比表面积主要来自于微孔的贡献，而氧气对于微孔数量的影响也比稻秆更加显著。惰性气氛下获得的松木焦微孔数量?
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同热解温度下稻壳炭的理化特性分析[J]. 吕娟,王明峰,蒋恩臣,钟旋. 可再生能源. 2017(10)
[2]生活垃圾与柳树枝共热解研究[J]. 宋强,杨晓菡,赵洪宇,张蒙蒙,宋丽华,舒新前. 可再生能源. 2017(06)
[3]生物质热解炭化的关键影响因素分析[J]. 王茹,侯书林,赵立欣,孟海波,田宜水. 可再生能源. 2013(06)
[4]落叶松树皮喷动循环流化床快速热解的影响因素[J]. 王鹏起,常建民,杜洪双,李瑞,何明明,张立塔. 林业科学. 2009(10)
本文编号：3501011
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