生物质高温热解气、液、固三相产物及碳烟生成特性
发布时间：2022-01-19 17:08
为了研究生物质高温热解气化特性,特别是在此过程中碳烟的形成机理,在一维沉降炉内对麦秆和杨树木屑于9001 300℃进行高温热解,收集热解产生的气、液、固三相及碳烟产物,对热解产物的产率（产物与生物质干基的质量比）、形貌及组分进行分析,对比了两种生物质热解产物特性并重点分析热解碳烟的形成机理。结果表明,麦秆、木屑热解碳烟的产率随着温度的升高而升高,分别为0.28%2.40%和0.34%6.30%,热解焦炭的产率随着温度的升高逐渐降低,分别为2.8%7.3%和0.29%2.9%。木屑由于具有较高的木质素和纤维素组分,会产生更多的碳烟;麦秆由于具有高灰分和抽提物含量,会生成更多的焦炭。麦秆的不凝性气体产率为47%69%,木屑的为59%77%,热解产气率总体随温度的升高而升高。两种生物质热解的焦油产率均低于1.6%,温度升高至1 200℃时焦油完全转化,焦油的组分几乎均为芳烃类物质。生物质的热解过程中,在9001 100...
【文章来源】：西安交通大学学报. 2018,52(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１一维沉降炉实验系统图１．３产物取样与分析方法
初始碳烟和焦炭的产率。由于初始焦炭和碳烟混合了热解灰分，将获得的初始固体颗粒物于５５０℃马弗炉内进行烧灰处理，燃尽的部分为可燃碳，即为热解碳烟或者焦炭的质量，剩余部分为灰分。热解尾部烟气经一系列冷凝除尘和除水处理后，采用气袋收集，于气相色谱（ＧＣ）上测定组分。热解的焦油产物经二氯甲烷吸收后利用气质联用（ＧＣ－ＭＳ）对组分进行鉴定，其质量测定采用重量法，即采用旋转蒸发将溶剂蒸干后获得焦油质量。２实验结果与讨论２．１质量平衡分析两种生物质在实验过程的质量平衡如图２所示。由于实验未能对出口的水蒸气产量和炉内系统沉积的物质（主要为碳和灰分）进行测定，因此采用差减法来估算这些物质的产量，即采用氢平衡计算出氢损失，来自水蒸气中Ｈ和实验误差，该值乘于９可估算出两种生物质水蒸气产率大约为０％～２５％，随着温度升高产率降低。在较低温度的数值和文献［１１］中的实测值相近，但是高温下估算的水蒸气产率偏低，可能是由实验误差所致。采用碳平衡计算碳损失，来自炉内沉积的碳和实验误差，比如焦油测定过程中挥发掉的轻质组分等。计算出两种生物质的碳损失为１３％～１８％。采用灰平衡计算出灰损失，来自炉内沉积的灰分质量分数和实验误差，其值小于２．５％。将上述几种计算的损失和实验测得的气液固产物的产率加和获得整个实验过程的物料平衡分布图。由图２可见，所有物质产率总和在９０％～１０６％，反映整个实验过程误差在±１０％之内。图２两种生物质实验过程质量平衡２．２固体产物生成及特性２．２．１碳烟生成特性在简单碳氢气体燃料热解过程中，碳烟的形成可归纳为以下连串反应链状烃→单
西安交通大学学报第５２卷ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ简单烃类气体和复杂焦油二次裂解的产物。图３为两种生物质热解细颗粒物中碳烟产率。可见，麦秆和木屑碳烟的产率分别在０．２８％～２．４０％和０．３４％～６．３０％，刚开始（～９００℃）碳烟的产率很低，仅为０．３％左右。实际上，在该温度下的碳烟更有可能为碳烟的前驱体沥青质。随着温度的升高碳烟的产率以一定的速率快速增长。碳烟的形成需烃类自由基不断脱氢聚合长大，脱氢需要很高的能量，高温有利于碳烟形成。两种生物质在１３００℃形成的碳烟微观形貌如图４所示。两种生物质产生的碳烟在微观形貌上未见明显差别，均是由众多单个球形粒子组成的团聚体。由ＳＴＥＭ可观察到两种粒径分布的初始粒子，一种是为数众多的粒径大概在１０～５０ｎｍ范围的小粒子，该种粒子在简单碳氢气体火焰中普遍存在；另一种是粒径大约在１００ｎｍ左右（在有的透镜照片中粒径甚至接近２００ｎｍ）的大粒子，后者在简单碳氢气体火焰中极少见，但是在固体燃料层流反应器热解工况中较为普遍［６－８］。Ｍａ等在平面火焰燃烧器中研究煤热解碳烟的形成结果表明，在１３８５℃以上时，在２５～６０ｍｓ内，碳烟和挥发分的产量几乎维持不变，但碳烟团聚体的体积明显增加。这表明初始碳烟粒子的形成过程非常迅速，停留时间对初始碳烟粒径的影响不大（因为随着初始碳烟粒径的增大必然导致质量的增加，作为碳烟来源的挥发分产量随之降低）。因此，在本文实验中发现的两种粒径分布的碳烟粒子很可能是由不同的形成机理所致，小碳烟粒子刚开始是由生物质热解过程中的小
【参考文献】：
期刊论文
[1]西安冬、夏季大气PM10化学组成的昼夜污染特征[J]. 刘丽,郭瑞英,沈振兴,李建军,刘随心,张倩. 地球环境学报. 2012(05)
[2]基于三组分的生物质快速热解实验研究[J]. 赵坤,肖军,沈来宏,瞿婷婷. 太阳能学报. 2011(05)
[3]抽提物对生物质热裂解机理的影响研究[J]. 郭秀娟,王树荣,王凯歌,刘倩,骆仲泱. 燃料化学学报. 2010(01)
[4]煤焦膨胀特性与残灰颗粒物的形成[J]. 于敦喜,徐明厚,刘小伟,曹倩. 华中科技大学学报(自然科学版). 2006(02)
本文编号：3597245
【文章来源】：西安交通大学学报. 2018,52(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１一维沉降炉实验系统图１．３产物取样与分析方法
初始碳烟和焦炭的产率。由于初始焦炭和碳烟混合了热解灰分，将获得的初始固体颗粒物于５５０℃马弗炉内进行烧灰处理，燃尽的部分为可燃碳，即为热解碳烟或者焦炭的质量，剩余部分为灰分。热解尾部烟气经一系列冷凝除尘和除水处理后，采用气袋收集，于气相色谱（ＧＣ）上测定组分。热解的焦油产物经二氯甲烷吸收后利用气质联用（ＧＣ－ＭＳ）对组分进行鉴定，其质量测定采用重量法，即采用旋转蒸发将溶剂蒸干后获得焦油质量。２实验结果与讨论２．１质量平衡分析两种生物质在实验过程的质量平衡如图２所示。由于实验未能对出口的水蒸气产量和炉内系统沉积的物质（主要为碳和灰分）进行测定，因此采用差减法来估算这些物质的产量，即采用氢平衡计算出氢损失，来自水蒸气中Ｈ和实验误差，该值乘于９可估算出两种生物质水蒸气产率大约为０％～２５％，随着温度升高产率降低。在较低温度的数值和文献［１１］中的实测值相近，但是高温下估算的水蒸气产率偏低，可能是由实验误差所致。采用碳平衡计算碳损失，来自炉内沉积的碳和实验误差，比如焦油测定过程中挥发掉的轻质组分等。计算出两种生物质的碳损失为１３％～１８％。采用灰平衡计算出灰损失，来自炉内沉积的灰分质量分数和实验误差，其值小于２．５％。将上述几种计算的损失和实验测得的气液固产物的产率加和获得整个实验过程的物料平衡分布图。由图２可见，所有物质产率总和在９０％～１０６％，反映整个实验过程误差在±１０％之内。图２两种生物质实验过程质量平衡２．２固体产物生成及特性２．２．１碳烟生成特性在简单碳氢气体燃料热解过程中，碳烟的形成可归纳为以下连串反应链状烃→单
西安交通大学学报第５２卷ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ简单烃类气体和复杂焦油二次裂解的产物。图３为两种生物质热解细颗粒物中碳烟产率。可见，麦秆和木屑碳烟的产率分别在０．２８％～２．４０％和０．３４％～６．３０％，刚开始（～９００℃）碳烟的产率很低，仅为０．３％左右。实际上，在该温度下的碳烟更有可能为碳烟的前驱体沥青质。随着温度的升高碳烟的产率以一定的速率快速增长。碳烟的形成需烃类自由基不断脱氢聚合长大，脱氢需要很高的能量，高温有利于碳烟形成。两种生物质在１３００℃形成的碳烟微观形貌如图４所示。两种生物质产生的碳烟在微观形貌上未见明显差别，均是由众多单个球形粒子组成的团聚体。由ＳＴＥＭ可观察到两种粒径分布的初始粒子，一种是为数众多的粒径大概在１０～５０ｎｍ范围的小粒子，该种粒子在简单碳氢气体火焰中普遍存在；另一种是粒径大约在１００ｎｍ左右（在有的透镜照片中粒径甚至接近２００ｎｍ）的大粒子，后者在简单碳氢气体火焰中极少见，但是在固体燃料层流反应器热解工况中较为普遍［６－８］。Ｍａ等在平面火焰燃烧器中研究煤热解碳烟的形成结果表明，在１３８５℃以上时，在２５～６０ｍｓ内，碳烟和挥发分的产量几乎维持不变，但碳烟团聚体的体积明显增加。这表明初始碳烟粒子的形成过程非常迅速，停留时间对初始碳烟粒径的影响不大（因为随着初始碳烟粒径的增大必然导致质量的增加，作为碳烟来源的挥发分产量随之降低）。因此，在本文实验中发现的两种粒径分布的碳烟粒子很可能是由不同的形成机理所致，小碳烟粒子刚开始是由生物质热解过程中的小
【参考文献】：
期刊论文
[1]西安冬、夏季大气PM10化学组成的昼夜污染特征[J]. 刘丽,郭瑞英,沈振兴,李建军,刘随心,张倩. 地球环境学报. 2012(05)
[2]基于三组分的生物质快速热解实验研究[J]. 赵坤,肖军,沈来宏,瞿婷婷. 太阳能学报. 2011(05)
[3]抽提物对生物质热裂解机理的影响研究[J]. 郭秀娟,王树荣,王凯歌,刘倩,骆仲泱. 燃料化学学报. 2010(01)
[4]煤焦膨胀特性与残灰颗粒物的形成[J]. 于敦喜,徐明厚,刘小伟,曹倩. 华中科技大学学报(自然科学版). 2006(02)
本文编号：3597245
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