保溫時間與粒度對稻稈和棉稈熱解產(chǎn)物組成及能量轉(zhuǎn)化影響
發(fā)布時間：2021-03-30 19:38
熱解炭化技術(shù)的開發(fā)對秸稈的能源化利用具有重要意義。試驗研究了保溫時間與粒度對水稻和棉花秸稈熱解產(chǎn)物理化特性及能源轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明,保溫時間從0到120 min中,秸稈生物炭產(chǎn)率先降低后略增加,熱解氣中CH4、CnHm和H2百分含量增加,其高位熱值和能量轉(zhuǎn)化率增加,而生物炭的pH值、電導率、灰分、固定碳、C、高位熱值增加,保溫時間為90 min的生物炭的炭化程度最好。秸稈中能量有1.5%5.4%保留在熱解氣中,有50%57%保留在生物炭中。不同粒度相比,粗粉秸稈的生物炭的炭產(chǎn)率、揮發(fā)分、H、O、N及碳轉(zhuǎn)化率最高,細粉秸稈熱解氣中CO和CH4百分含量、高位熱值和能量轉(zhuǎn)化率最高,而超微秸稈生物炭的pH值、灰分、C最高。棉花秸稈生物炭的揮發(fā)分、固定碳、C、H、碳轉(zhuǎn)化率、高位熱值和能量轉(zhuǎn)化率高于水稻秸稈生物炭。
【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學報. 2018,34(22)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
保溫時間和粒度對秸稈熱解產(chǎn)物的影響Fig.1Effectsofholdingtimeandparticlesizeonpyrolysisproductsofcropresidues注：不同字母代表不同粒度秸稈熱解產(chǎn)物具有顯著差異性（P<0.05）
第22期牛文娟等：保溫時間與粒度對稻稈和棉稈熱解產(chǎn)物組成及能量轉(zhuǎn)化影響215后增加緩慢（圖2）。隨著保溫時間的增加，秸稈化學鍵進一步斷裂，從而使不可冷凝氣體的釋放增加[9]。秸稈熱解釋放最多的是CO2（50%～70%），其次是CO（20%～40%），產(chǎn)生較少的CH4、CnHm和H2。隨著保溫時間的增加，秸稈熱解氣的碳轉(zhuǎn)化率開始迅速增加（圖3f），保溫60min后緩慢增加。這可能是由于保溫時間越長，秸稈的含碳有機物分解的越徹底。由圖3可以看出，隨著保溫時間的增加，CO、CO2的百分含量降低，而CH4、CnHm和H2百分含量不斷增加。這可能是由于長時間保溫導致生物炭和焦油發(fā)生二次反應(yīng)，產(chǎn)生更多的不可冷凝氣CH4、CnHm和H2等[9]。H2是一種清潔綠色能源，秸稈中H2百分含量較少的原因是熱解的溫度（400℃）較低，高溫可以提高生物質(zhì)產(chǎn)H2量[20,23]。本研究與報道的柳枝稷和玉米秸稈熱解氣變化趨勢一致[24]。圖2保溫時間和粒度對秸稈熱解氣總產(chǎn)量的影響Fig.2Effectsofholdingtimeandparticlesizeontotalgasyieldofcropresidues圖3保溫時間和粒度對秸稈熱解氣組分產(chǎn)率和碳轉(zhuǎn)化率的影響Fig.3Effectsofholdingtimeandparticlesizeongascomponentproportionsandcarbonconversionefficienciesofcropresidues比較不同粒度，粗粉秸稈熱解產(chǎn)生的CO2和H2百分含量最高（圖3），可能由于顆粒尺寸大，氣體在顆粒內(nèi)部停留時間長，穿過路徑長，反應(yīng)充分。細粉秸稈熱解產(chǎn)生的CO、CH4百分含量最高，而超微秸稈不利于氣體生成（圖3）。比較不同種類，
農(nóng)業(yè)工程學報（http://www.tcsae.org）2018年216比較不同粒度，除pH值的保溫時間為0外，超微秸稈生物炭的pH值和電導率最大，其次是細粉秸稈，粗粉秸稈生物炭的pH值和電導率最低（表2）。比較不同種類，水稻秸稈生物炭的pH值和電導率大于棉花秸稈生物炭，這可能是由于水稻秸稈及其生物炭的堿金屬K的碳酸鹽或氧化物以及灰分含量高造成的[2,8]。2.4保溫時間和粒度對生物炭工業(yè)組成的影響保溫時間和粒度對生物炭工業(yè)組成的影響如圖4所示。隨著保溫時間增加，秸稈生物炭的灰分和固定碳含量增加，揮發(fā)分含量降低，且90min后均趨于穩(wěn)定，表明90min是秸稈炭化的較優(yōu)保溫時間。隨著保溫時間增加，秸稈生物炭的炭化程度加強。本研究結(jié)果與其他生物質(zhì)如畜禽糞便、木材和紅花籽生物炭的工業(yè)組成變化趨勢相一致[3,20,23]。不同粒度秸稈生物炭的灰分、揮發(fā)分和固定碳含量存在顯著性差異（P<0.05）（圖4）。比較不同粒度，超微秸稈生物炭中灰分含量最高，粗粉秸稈生物炭的揮發(fā)分含量最高，細粉秸稈生物炭的固定碳含量最高。在同一保溫時間下，水稻秸稈生物炭的灰分含量最高，而棉花秸稈生物炭揮發(fā)分和固定碳含量最高。因此，棉花秸稈生物炭由于灰分含量低更適合用作燃料，而水稻秸稈生物炭由于含有更多的無機礦物質(zhì)成分可作為生物炭基肥料。圖4保溫時間和粒度對生物炭工業(yè)組成的影響Fig.4Effectsofholdingtimeandparticlesizeonproximatecompositionsofbiochars2.5保溫時間和粒度對生物炭元素組成的影響保溫時間和粒度對生物炭元素組成的影響如圖5所示。隨著保溫時間的增加，秸稈生物炭中C元素含量增加，生物炭的H、O和N元素含量減少，這與報道的棉?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]秸稈熱解工藝優(yōu)化與生物炭理化特性分析[J]. 劉朝霞,牛文娟,楚合營,牛智有. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2018(05)
[2]基于能量得率的棉稈熱裂解炭化工藝優(yōu)化[J]. 徐佳,劉榮厚,王燕. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2016(03)
本文編號：3110036
【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學報. 2018,34(22)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
保溫時間和粒度對秸稈熱解產(chǎn)物的影響Fig.1Effectsofholdingtimeandparticlesizeonpyrolysisproductsofcropresidues注：不同字母代表不同粒度秸稈熱解產(chǎn)物具有顯著差異性（P<0.05）
第22期牛文娟等：保溫時間與粒度對稻稈和棉稈熱解產(chǎn)物組成及能量轉(zhuǎn)化影響215后增加緩慢（圖2）。隨著保溫時間的增加，秸稈化學鍵進一步斷裂，從而使不可冷凝氣體的釋放增加[9]。秸稈熱解釋放最多的是CO2（50%～70%），其次是CO（20%～40%），產(chǎn)生較少的CH4、CnHm和H2。隨著保溫時間的增加，秸稈熱解氣的碳轉(zhuǎn)化率開始迅速增加（圖3f），保溫60min后緩慢增加。這可能是由于保溫時間越長，秸稈的含碳有機物分解的越徹底。由圖3可以看出，隨著保溫時間的增加，CO、CO2的百分含量降低，而CH4、CnHm和H2百分含量不斷增加。這可能是由于長時間保溫導致生物炭和焦油發(fā)生二次反應(yīng)，產(chǎn)生更多的不可冷凝氣CH4、CnHm和H2等[9]。H2是一種清潔綠色能源，秸稈中H2百分含量較少的原因是熱解的溫度（400℃）較低，高溫可以提高生物質(zhì)產(chǎn)H2量[20,23]。本研究與報道的柳枝稷和玉米秸稈熱解氣變化趨勢一致[24]。圖2保溫時間和粒度對秸稈熱解氣總產(chǎn)量的影響Fig.2Effectsofholdingtimeandparticlesizeontotalgasyieldofcropresidues圖3保溫時間和粒度對秸稈熱解氣組分產(chǎn)率和碳轉(zhuǎn)化率的影響Fig.3Effectsofholdingtimeandparticlesizeongascomponentproportionsandcarbonconversionefficienciesofcropresidues比較不同粒度，粗粉秸稈熱解產(chǎn)生的CO2和H2百分含量最高（圖3），可能由于顆粒尺寸大，氣體在顆粒內(nèi)部停留時間長，穿過路徑長，反應(yīng)充分。細粉秸稈熱解產(chǎn)生的CO、CH4百分含量最高，而超微秸稈不利于氣體生成（圖3）。比較不同種類，
農(nóng)業(yè)工程學報（http://www.tcsae.org）2018年216比較不同粒度，除pH值的保溫時間為0外，超微秸稈生物炭的pH值和電導率最大，其次是細粉秸稈，粗粉秸稈生物炭的pH值和電導率最低（表2）。比較不同種類，水稻秸稈生物炭的pH值和電導率大于棉花秸稈生物炭，這可能是由于水稻秸稈及其生物炭的堿金屬K的碳酸鹽或氧化物以及灰分含量高造成的[2,8]。2.4保溫時間和粒度對生物炭工業(yè)組成的影響保溫時間和粒度對生物炭工業(yè)組成的影響如圖4所示。隨著保溫時間增加，秸稈生物炭的灰分和固定碳含量增加，揮發(fā)分含量降低，且90min后均趨于穩(wěn)定，表明90min是秸稈炭化的較優(yōu)保溫時間。隨著保溫時間增加，秸稈生物炭的炭化程度加強。本研究結(jié)果與其他生物質(zhì)如畜禽糞便、木材和紅花籽生物炭的工業(yè)組成變化趨勢相一致[3,20,23]。不同粒度秸稈生物炭的灰分、揮發(fā)分和固定碳含量存在顯著性差異（P<0.05）（圖4）。比較不同粒度，超微秸稈生物炭中灰分含量最高，粗粉秸稈生物炭的揮發(fā)分含量最高，細粉秸稈生物炭的固定碳含量最高。在同一保溫時間下，水稻秸稈生物炭的灰分含量最高，而棉花秸稈生物炭揮發(fā)分和固定碳含量最高。因此，棉花秸稈生物炭由于灰分含量低更適合用作燃料，而水稻秸稈生物炭由于含有更多的無機礦物質(zhì)成分可作為生物炭基肥料。圖4保溫時間和粒度對生物炭工業(yè)組成的影響Fig.4Effectsofholdingtimeandparticlesizeonproximatecompositionsofbiochars2.5保溫時間和粒度對生物炭元素組成的影響保溫時間和粒度對生物炭元素組成的影響如圖5所示。隨著保溫時間的增加，秸稈生物炭中C元素含量增加，生物炭的H、O和N元素含量減少，這與報道的棉?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]秸稈熱解工藝優(yōu)化與生物炭理化特性分析[J]. 劉朝霞,牛文娟,楚合營,牛智有. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2018(05)
[2]基于能量得率的棉稈熱裂解炭化工藝優(yōu)化[J]. 徐佳,劉榮厚,王燕. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2016(03)
本文編號：3110036
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