為研究小麥秸稈熱解過程中碳元素和微量元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,依托連續(xù)式作物秸稈分段均勻炭化聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),基于熱解炭化生產(chǎn)工藝,測算及分析碳元素在秸稈熱解過程中的存在形式及遷移轉(zhuǎn)化量,利用HSCChemistry軟件模擬微量元素在秸稈熱解炭化過程中的組分變化,分析了8種微量元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,為生物質(zhì)熱解機理的進一步研究提供支撐,為提高秸稈熱解炭品質(zhì)提供強有力保證。結(jié)果表明:經(jīng)測試及測算得到的碳元素遷移足跡圖符合碳元素質(zhì)量守恒定律,碳元素遷移到熱解炭中41.12%,以固定碳存在;22.83%遷移到焦油中,以大分子長鏈烴和環(huán)鏈烴存在;26.62%的碳元素以六碳內(nèi)的短鏈烴存在于熱解氣;4.71%遷移到木醋液中為醛、酮、酸等。小麥秸稈中含量在100μg/L以上的8種高富集微量元素里,K、Na、Ca、Mg主要以硫酸鹽、磷酸鹽及氯化物形式存在于熱解炭中,Al、Fe多以氧化物、硫化物以及硅、氧共融物形態(tài)被大量保留在熱解炭中,而P、S元素在熱解炭化過程中的析出主要是有機結(jié)合物的分解。 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學報. 2020,36(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

熱解工藝[17-18]

熱解初期到熱解炭化的第一階段，部分Na Cl和NaNO3快速轉(zhuǎn)化，與P、S元素結(jié)合生成Na2P2O6和Na2SO4,NaHCO3失水分解為Na2CO3，到水分蒸發(fā)階段結(jié)束，Na元素達到一個平衡，100～350℃期間不再發(fā)生較為明顯的組分變化，當熱解炭化進行到揮發(fā)分析出階段的尾聲（350～450℃）時，Na2SO4發(fā)生劇烈化學反應，生成大量的Na Cl和少量Na4P2O7，同時Na2P2O6失去部分O原子分解為Na4P2O7，升溫到保溫炭化階段，Na3PO4、Na4P2O7含量有明顯升高，是由Na2P2O6分解而來，部分Na Cl逐漸被氣化析出，少量Na Cl轉(zhuǎn)化為Na2Cl2進入到揮發(fā)分中。至熱解炭化結(jié)束，40.17%的Na元素以Na Cl、Na2P2O6和Na3PO4化合物保留在固相熱解炭中。加溫灰化到1 000℃時，Na的化合物發(fā)生復雜的成分變化：在600～750℃之間，Na4P2O7大量被分解，生成Na3PO4、Na6P2O8和少量的NaOH、Na2CO3,NaCl全部被氣化，并生成大量的Na2Cl2和Na3Cl3以揮發(fā)分形式析出，隨著溫度的繼續(xù)升高（750～1 000℃），Na2Cl2和Na3Cl3全部重新轉(zhuǎn)化為Na Cl進入到氣相中，而新生成的Na3PO4和Na6P2O8大部分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的Na O、Na Cl、NaOH、Na2CO3以揮發(fā)分析出，小部分與NO3-和NO2-生成NaNO3和NaNO2揮發(fā)，另有少部分與O原子重新結(jié)合生成Na4P2O7、Na2P2O6、NaOH和Na2O留存在秸稈灰中，最后僅剩7.04%的Na元素保留在秸灰中。K、Na為在小麥秸稈中富集量較高的微量堿金屬元素，對炭化設備的腐蝕及炭化結(jié)渣影響較大，在炭化過程中主要由其Na2SO4、Na2CO3、K2CO3、K2SO4最終轉(zhuǎn)化為K3PO4和Na Cl、Na3PO4，保留在熱解炭中，析出量較高約為60%，建議在小麥秸稈熱解炭化前增加對秸稈的預處理工藝，如水洗、酸洗或微波處理等方式去除K、Na元素，以減少其在熱解炭化過程的析出，降低對生產(chǎn)設備的影響。

【參考文獻】：
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