發(fā)布時間：2022-01-19 17:08

　　為了研究生物質高溫熱解氣化特性,特別是在此過程中碳煙的形成機理,在一維沉降爐內對麥稈和楊樹木屑于900¹ 300℃進行高溫熱解,收集熱解產生的氣、液、固三相及碳煙產物,對熱解產物的產率（產物與生物質干基的質量比）、形貌及組分進行分析,對比了兩種生物質熱解產物特性并重點分析熱解碳煙的形成機理。結果表明,麥稈、木屑熱解碳煙的產率隨著溫度的升高而升高,分別為0.28%².40%和0.34%⁶.30%,熱解焦炭的產率隨著溫度的升高逐漸降低,分別為2.8%⁷.3%和0.29%².9%。木屑由于具有較高的木質素和纖維素組分,會產生更多的碳煙;麥稈由于具有高灰分和抽提物含量,會生成更多的焦炭。麥稈的不凝性氣體產率為47%⁶9%,木屑的為59%⁷7%,熱解產氣率總體隨溫度的升高而升高。兩種生物質熱解的焦油產率均低于1.6%,溫度升高至1 200℃時焦油完全轉化,焦油的組分幾乎均為芳烴類物質。生物質的熱解過程中,在900¹ 100... 

【文章來源】：西安交通大學學報. 2018,52(01)北大核心EICSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

圖１一維沉降爐實驗系統(tǒng)圖１．３產物取樣與分析方法

初始碳煙和焦炭的產率。由于初始焦炭和碳煙混合了熱解灰分，將獲得的初始固體顆粒物于５５０℃馬弗爐內進行燒灰處理，燃盡的部分為可燃碳，即為熱解碳煙或者焦炭的質量，剩余部分為灰分。熱解尾部煙氣經一系列冷凝除塵和除水處理后，采用氣袋收集，于氣相色譜（ＧＣ）上測定組分。熱解的焦油產物經二氯甲烷吸收后利用氣質聯(lián)用（ＧＣ－ＭＳ）對組分進行鑒定，其質量測定采用重量法，即采用旋轉蒸發(fā)將溶劑蒸干后獲得焦油質量。２實驗結果與討論２．１質量平衡分析兩種生物質在實驗過程的質量平衡如圖２所示。由于實驗未能對出口的水蒸氣產量和爐內系統(tǒng)沉積的物質（主要為碳和灰分）進行測定，因此采用差減法來估算這些物質的產量，即采用氫平衡計算出氫損失，來自水蒸氣中Ｈ和實驗誤差，該值乘于９可估算出兩種生物質水蒸氣產率大約為０％～２５％，隨著溫度升高產率降低。在較低溫度的數值和文獻［１１］中的實測值相近，但是高溫下估算的水蒸氣產率偏低，可能是由實驗誤差所致。采用碳平衡計算碳損失，來自爐內沉積的碳和實驗誤差，比如焦油測定過程中揮發(fā)掉的輕質組分等。計算出兩種生物質的碳損失為１３％～１８％。采用灰平衡計算出灰損失，來自爐內沉積的灰分質量分數和實驗誤差，其值小于２．５％。將上述幾種計算的損失和實驗測得的氣液固產物的產率加和獲得整個實驗過程的物料平衡分布圖。由圖２可見，所有物質產率總和在９０％～１０６％，反映整個實驗過程誤差在±１０％之內。圖２兩種生物質實驗過程質量平衡２．２固體產物生成及特性２．２．１碳煙生成特性在簡單碳氫氣體燃料熱解過程中，碳煙的形成可歸納為以下連串反應鏈狀烴→單

西安交通大學學報第５２卷ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ簡單烴類氣體和復雜焦油二次裂解的產物。圖３為兩種生物質熱解細顆粒物中碳煙產率�？梢姡湺捄湍拘继紵煹漠a率分別在０．２８％～２．４０％和０．３４％～６．３０％，剛開始（～９００℃）碳煙的產率很低，僅為０．３％左右。實際上，在該溫度下的碳煙更有可能為碳煙的前驅體瀝青質。隨著溫度的升高碳煙的產率以一定的速率快速增長。碳煙的形成需烴類自由基不斷脫氫聚合長大，脫氫需要很高的能量，高溫有利于碳煙形成。兩種生物質在１３００℃形成的碳煙微觀形貌如圖４所示。兩種生物質產生的碳煙在微觀形貌上未見明顯差別，均是由眾多單個球形粒子組成的團聚體。由ＳＴＥＭ可觀察到兩種粒徑分布的初始粒子，一種是為數眾多的粒徑大概在１０～５０ｎｍ范圍的小粒子，該種粒子在簡單碳氫氣體火焰中普遍存在；另一種是粒徑大約在１００ｎｍ左右（在有的透鏡照片中粒徑甚至接近２００ｎｍ）的大粒子，后者在簡單碳氫氣體火焰中極少見，但是在固體燃料層流反應器熱解工況中較為普遍［６－８］。Ｍａ等在平面火焰燃燒器中研究煤熱解碳煙的形成結果表明，在１３８５℃以上時，在２５～６０ｍｓ內，碳煙和揮發(fā)分的產量幾乎維持不變，但碳煙團聚體的體積明顯增加。這表明初始碳煙粒子的形成過程非常迅速，停留時間對初始碳煙粒徑的影響不大（因為隨著初始碳煙粒徑的增大必然導致質量的增加，作為碳煙來源的揮發(fā)分產量隨之降低）。因此，在本文實驗中發(fā)現(xiàn)的兩種粒徑分布的碳煙粒子很可能是由不同的形成機理所致，小碳煙粒子剛開始是由生物質熱解過程中的小

【參考文獻】：
期刊論文
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