小麦秸秆热解过程中碳和微量元素迁移转化规律
发布时间：2021-12-09 02:48
为研究小麦秸秆热解过程中碳元素和微量元素的迁移转化规律,依托连续式作物秸秆分段均匀炭化联产系统,基于热解炭化生产工艺,测算及分析碳元素在秸秆热解过程中的存在形式及迁移转化量,利用HSCChemistry软件模拟微量元素在秸秆热解炭化过程中的组分变化,分析了8种微量元素的迁移转化规律,为生物质热解机理的进一步研究提供支撑,为提高秸秆热解炭品质提供强有力保证。结果表明:经测试及测算得到的碳元素迁移足迹图符合碳元素质量守恒定律,碳元素迁移到热解炭中41.12%,以固定碳存在;22.83%迁移到焦油中,以大分子长链烃和环链烃存在;26.62%的碳元素以六碳内的短链烃存在于热解气;4.71%迁移到木醋液中为醛、酮、酸等。小麦秸秆中含量在100μg/L以上的8种高富集微量元素里,K、Na、Ca、Mg主要以硫酸盐、磷酸盐及氯化物形式存在于热解炭中,Al、Fe多以氧化物、硫化物以及硅、氧共融物形态被大量保留在热解炭中,而P、S元素在热解炭化过程中的析出主要是有机结合物的分解。
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
热解工艺[17-18]
热解初期到热解炭化的第一阶段，部分Na Cl和NaNO3快速转化，与P、S元素结合生成Na2P2O6和Na2SO4,NaHCO3失水分解为Na2CO3，到水分蒸发阶段结束，Na元素达到一个平衡，100～350℃期间不再发生较为明显的组分变化，当热解炭化进行到挥发分析出阶段的尾声（350～450℃）时，Na2SO4发生剧烈化学反应，生成大量的Na Cl和少量Na4P2O7，同时Na2P2O6失去部分O原子分解为Na4P2O7，升温到保温炭化阶段，Na3PO4、Na4P2O7含量有明显升高，是由Na2P2O6分解而来，部分Na Cl逐渐被气化析出，少量Na Cl转化为Na2Cl2进入到挥发分中。至热解炭化结束，40.17%的Na元素以Na Cl、Na2P2O6和Na3PO4化合物保留在固相热解炭中。加温灰化到1 000℃时，Na的化合物发生复杂的成分变化：在600～750℃之间，Na4P2O7大量被分解，生成Na3PO4、Na6P2O8和少量的NaOH、Na2CO3,NaCl全部被气化，并生成大量的Na2Cl2和Na3Cl3以挥发分形式析出，随着温度的继续升高（750～1 000℃），Na2Cl2和Na3Cl3全部重新转化为Na Cl进入到气相中，而新生成的Na3PO4和Na6P2O8大部分转化为气态的Na O、Na Cl、NaOH、Na2CO3以挥发分析出，小部分与NO3-和NO2-生成NaNO3和NaNO2挥发，另有少部分与O原子重新结合生成Na4P2O7、Na2P2O6、NaOH和Na2O留存在秸秆灰中，最后仅剩7.04%的Na元素保留在秸灰中。K、Na为在小麦秸秆中富集量较高的微量碱金属元素，对炭化设备的腐蚀及炭化结渣影响较大，在炭化过程中主要由其Na2SO4、Na2CO3、K2CO3、K2SO4最终转化为K3PO4和Na Cl、Na3PO4，保留在热解炭中，析出量较高约为60%，建议在小麦秸秆热解炭化前增加对秸秆的预处理工艺，如水洗、酸洗或微波处理等方式去除K、Na元素，以减少其在热解炭化过程的析出，降低对生产设备的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]农业废弃物中重金属含量特征及农用风险评估[J]. 魏益华,邱素艳,张金艳,陈庆隆,陈柳萌,涂田华,戴廷灿. 农业工程学报. 2019(14)
[2]生物质燃烧过程中K元素的迁移特性[J]. 龙纪淼,叶家铭,宋鑫,邓磊,车得福. 燃烧科学与技术. 2018(05)
[3]磷酸和热解温度对生物炭结构和性质的影响[J]. 钟晓晓,王涛,王凯,高瑞丽,岳霞丽,刘永红,胡红青. 湖南师范大学自然科学学报. 2018(01)
[4]气流床煤粉气化过程有害微量元素迁移转化的模拟研究[J]. 东赫,解强,唐跃刚,党钾涛,王新. 中国矿业大学学报. 2018(02)
[5]生物质连续热解炭气油联产中试系统开发[J]. 丛宏斌,姚宗路,赵立欣,贾吉秀,兰珊. 农业工程学报. 2017(18)
[6]生物质连续式分段热解炭化设备研究[J]. 赵立欣,贾吉秀,姚宗路,丛宏斌,王金星,张晓辉. 农业机械学报. 2016(08)
[7]生物质燃烧过程中碱金属的结晶行为[J]. 王毅斌,王学斌,谭厚章,胡中发. 燃烧科学与技术. 2015(05)
[8]准东煤成灰过程中钠的迁移特性及形态变化[J]. 张晓羽,张海霞,那永洁. 洁净煤技术. 2015(02)
[9]生物质热解过程中碱及碱土金属迁徙规律研究[J]. 杜胜磊,杨海平,钱柯贞,姚丁丁,王贤华,陈汉平. 中国电机工程学报. 2013(26)
[10]生物质循环流化床燃烧灰中元素分布和迁移特性研究[J]. 李诗媛,滕海鹏,吕清刚. 太阳能学报. 2013(04)
博士论文
[1]气流床煤粉气化煤中微量元素的迁移与配分[D]. 党钾涛.中国矿业大学(北京) 2017
[2]生物质燃烧过程氮和硫的迁移、转化特性研究[D]. 柏继松.浙江大学 2012
[3]煤气化过程中微量元素的迁移转化及高温脱除的实验研究[D]. 李扬.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于生物质制备炭铁复合材料及其去除Cd2+/Pb2+的研究[D]. 张如玉.合肥工业大学 2018
[2]东北地区典型生物质原料热解特性及热解工艺优化实验研究[D]. 王冠.黑龙江八一农垦大学 2014
本文编号：3529761
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
热解工艺[17-18]
热解初期到热解炭化的第一阶段，部分Na Cl和NaNO3快速转化，与P、S元素结合生成Na2P2O6和Na2SO4,NaHCO3失水分解为Na2CO3，到水分蒸发阶段结束，Na元素达到一个平衡，100～350℃期间不再发生较为明显的组分变化，当热解炭化进行到挥发分析出阶段的尾声（350～450℃）时，Na2SO4发生剧烈化学反应，生成大量的Na Cl和少量Na4P2O7，同时Na2P2O6失去部分O原子分解为Na4P2O7，升温到保温炭化阶段，Na3PO4、Na4P2O7含量有明显升高，是由Na2P2O6分解而来，部分Na Cl逐渐被气化析出，少量Na Cl转化为Na2Cl2进入到挥发分中。至热解炭化结束，40.17%的Na元素以Na Cl、Na2P2O6和Na3PO4化合物保留在固相热解炭中。加温灰化到1 000℃时，Na的化合物发生复杂的成分变化：在600～750℃之间，Na4P2O7大量被分解，生成Na3PO4、Na6P2O8和少量的NaOH、Na2CO3,NaCl全部被气化，并生成大量的Na2Cl2和Na3Cl3以挥发分形式析出，随着温度的继续升高（750～1 000℃），Na2Cl2和Na3Cl3全部重新转化为Na Cl进入到气相中，而新生成的Na3PO4和Na6P2O8大部分转化为气态的Na O、Na Cl、NaOH、Na2CO3以挥发分析出，小部分与NO3-和NO2-生成NaNO3和NaNO2挥发，另有少部分与O原子重新结合生成Na4P2O7、Na2P2O6、NaOH和Na2O留存在秸秆灰中，最后仅剩7.04%的Na元素保留在秸灰中。K、Na为在小麦秸秆中富集量较高的微量碱金属元素，对炭化设备的腐蚀及炭化结渣影响较大，在炭化过程中主要由其Na2SO4、Na2CO3、K2CO3、K2SO4最终转化为K3PO4和Na Cl、Na3PO4，保留在热解炭中，析出量较高约为60%，建议在小麦秸秆热解炭化前增加对秸秆的预处理工艺，如水洗、酸洗或微波处理等方式去除K、Na元素，以减少其在热解炭化过程的析出，降低对生产设备的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]农业废弃物中重金属含量特征及农用风险评估[J]. 魏益华,邱素艳,张金艳,陈庆隆,陈柳萌,涂田华,戴廷灿. 农业工程学报. 2019(14)
[2]生物质燃烧过程中K元素的迁移特性[J]. 龙纪淼,叶家铭,宋鑫,邓磊,车得福. 燃烧科学与技术. 2018(05)
[3]磷酸和热解温度对生物炭结构和性质的影响[J]. 钟晓晓,王涛,王凯,高瑞丽,岳霞丽,刘永红,胡红青. 湖南师范大学自然科学学报. 2018(01)
[4]气流床煤粉气化过程有害微量元素迁移转化的模拟研究[J]. 东赫,解强,唐跃刚,党钾涛,王新. 中国矿业大学学报. 2018(02)
[5]生物质连续热解炭气油联产中试系统开发[J]. 丛宏斌,姚宗路,赵立欣,贾吉秀,兰珊. 农业工程学报. 2017(18)
[6]生物质连续式分段热解炭化设备研究[J]. 赵立欣,贾吉秀,姚宗路,丛宏斌,王金星,张晓辉. 农业机械学报. 2016(08)
[7]生物质燃烧过程中碱金属的结晶行为[J]. 王毅斌,王学斌,谭厚章,胡中发. 燃烧科学与技术. 2015(05)
[8]准东煤成灰过程中钠的迁移特性及形态变化[J]. 张晓羽,张海霞,那永洁. 洁净煤技术. 2015(02)
[9]生物质热解过程中碱及碱土金属迁徙规律研究[J]. 杜胜磊,杨海平,钱柯贞,姚丁丁,王贤华,陈汉平. 中国电机工程学报. 2013(26)
[10]生物质循环流化床燃烧灰中元素分布和迁移特性研究[J]. 李诗媛,滕海鹏,吕清刚. 太阳能学报. 2013(04)
博士论文
[1]气流床煤粉气化煤中微量元素的迁移与配分[D]. 党钾涛.中国矿业大学(北京) 2017
[2]生物质燃烧过程氮和硫的迁移、转化特性研究[D]. 柏继松.浙江大学 2012
[3]煤气化过程中微量元素的迁移转化及高温脱除的实验研究[D]. 李扬.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于生物质制备炭铁复合材料及其去除Cd2+/Pb2+的研究[D]. 张如玉.合肥工业大学 2018
[2]东北地区典型生物质原料热解特性及热解工艺优化实验研究[D]. 王冠.黑龙江八一农垦大学 2014
本文编号：3529761
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