生物質(zhì)熱裂解炭-氣-油聯(lián)產(chǎn)規(guī)律及特性實(shí)驗(yàn)研究 潘萌嬌

生物質(zhì)熱裂解炭-氣-油聯(lián)產(chǎn)規(guī)律及特性實(shí)驗(yàn)研究河北工業(yè)大學(xué)工程流動與過程強(qiáng)化研究中心指導(dǎo)教師：陳文義報(bào)告人：潘萌嬌研究背景及意義生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機(jī)物，包括植物、動物、微生物以及由這些生命體排泄和代謝的所有有機(jī)物質(zhì)生物質(zhì)能是指儲存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量

特點(diǎn)：總量巨大、環(huán)境友好、可再生、兼容性好基金支持：河北省科技支撐項(xiàng)目—生物質(zhì)熱解炭化高效利用技術(shù)生物質(zhì)能利用技術(shù)生物質(zhì)熱裂解是指生物質(zhì)在無氧或缺氧條下將生物質(zhì)加熱，利用熱能切斷生物質(zhì)大分子的化學(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿右后w生物油、可燃?xì)怏w和固體炭3種物質(zhì)的過程。圖1.生物質(zhì)的利用形式原料特性分析表1.棉桿原料的元素分析、工業(yè)分析Table1.UltimateandproximateanalysisofcottonstalkProximateanalysis(wt.%)Elementalanalysis(wt.%)Q/(MJkg-1)MoistureAshVolatileFixedCCHOaNSH/CO/C15.41

7.058.7567.8216.3841.685.4450.951.93--1.570.92

a差減法，O(wt.%)=100-C–H–N-S.bQ(kJ/kg)=339*C+1256*H+109*S-109*O,其中C，H，O，S分別是原料中碳，氫，氧和硫元素的含量(wt.%)FeedstocksUltimateanalysis（wt.%）Proximateanalysis（wt.%）Qb(MJkg-1)CHOaNH/CO/CMAVFCCotinuscoggygria47.055.8345.032.091.490.723.205.5376.6414.6318.36Mulberry48.016.2143.182.601.550.675.485.2776.5512.7019.37Widejujube48.336.1642.752.761.530.665.005.1676.3013.5419.46Rhustyphina48.316.3942.462.841.590.663.104.2077.2115.4919.77表2.木材原料的元素分析、工業(yè)分析Table2.Ultimateandproximateanalysisofwoodfeedstocks內(nèi)容概要1、利用熱重分析確定熱解溫度范圍3、熱解終溫及原料特性對產(chǎn)物產(chǎn)量影響2、熱解終溫和加熱速率對焦炭產(chǎn)量影響4、熱解產(chǎn)物焦炭和氣體特性分析1、熱重分析熱重分析（ThermogravimetricAnalysis，TG或TGA），是指在程序控制溫度下測量待測樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，用來研究材料的熱穩(wěn)定性和組份。熱重分析所用的儀器是熱天平。圖2.氮?dú)鈿夥障聼峤饨K溫800℃時(shí)0.18mm<dp<0.85mm的棉桿在10℃/min升溫速率下的熱重（TG）和微分熱重曲線(DTG)Figure2.Thethermogravimetric(TG)andderivativethermogravimetric(DTG)curvesofcottonstalkpyrolysedtothetemperatureof800℃withtheparticlesizeof0.18mmto0.85mmataheatingrateof10℃/minunderinertatmosphere圖3.不同加熱速率下的熱重TG和DTG曲線（dp<0.18mm,N2流率為100ml/min）

Figure3.TGandDTGcurvesofcottonstalkunderdifferentheatingrates1、熱重分析2、熱解實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)裝置簡圖圖4.生物質(zhì)熱裂解實(shí)驗(yàn)裝置簡圖Figure4.Theequipmentdiagramofbiomasspyrolysisexperiment圖5.溫度和加熱速率對棉桿熱解焦炭產(chǎn)量的影響（0.18mm<dp<0.85mm,N2流率為100ml/min）Figure5.Effectoftemperatureandheatingrateontheyieldsofthebiocharobtainedfrompyrolysisofcottonstalk.焦炭產(chǎn)量都隨著熱解溫度的升高而下降產(chǎn)炭率在30-40%之間加熱速率影響不顯著2、熱解實(shí)驗(yàn)2.2棉桿熱解焦炭產(chǎn)量圖6.溫度對黃櫨熱解產(chǎn)物產(chǎn)量的影響(加熱速率為10℃/min，0.18mm<dp<0.85mm，N2流率為100ml/min)Figure6.EffectoftemperatureontheyieldsofthebiocharobtainedfrompyrolysisofCotinuscoggygria焦油產(chǎn)率在500℃時(shí)達(dá)到最大值熱解氣產(chǎn)量隨溫度升高而增加焦炭產(chǎn)量隨溫度升高而下降3、產(chǎn)物產(chǎn)量分析3.1熱解終溫對產(chǎn)物產(chǎn)量的影響3、產(chǎn)物產(chǎn)量分析3.2原料特性對產(chǎn)物產(chǎn)量的影響圖7.不同原料在550℃熱解時(shí)的產(chǎn)物分布(加熱速率為10℃/min，0.18mm<dp<0.85mm，N2流率為100ml/min)Figure7.Productdistributionobtainedfrompyrolysisofdifferentfeedstocksat550℃火炬熱解得最大產(chǎn)氣量桑樹熱解得最大產(chǎn)炭率和產(chǎn)油率4、產(chǎn)物特性分析4.1棉桿熱解焦炭特性-元素、熱值、BETPyrolysistemperature(℃)300400550700Heatingrateof10℃min-1C(wt.%)62.6666.6667.1368.78H(wt.%)90.69N(wt.%)2.552.512.272.14Oa(wt.%)32.3328.6529.4128.39H/C0.610.390.210.12O/C0.390.320.330.31BETsurfacearea(m2g-1)2.383.093.903.40Qb(MJkg-1)21.6922.2121.0521.09Heatingrateof20℃min-1C(wt.%)59.7768.9968.1669.10H(wt.%)2.672.211.070.60N(wt.%)2.142.062.041.93Oa(wt.%)35.4226.7428.7328.37H/C0.540.380.190.10O/C0.440.290.320.31BETsurfacearea(m2g-1)3.834.697.032.82Qb(MJkg-1)19.7523.2521.3221.09Heatingrateof30℃min-1C(wt.%)62.0264.9165.1967.57H(wt.%)2.841.970.900.51N(wt.%)2.152.051.981.82Oa(wt.%)32.9931.0731.9330.10H/C0.550.360.170.09O/C0.400.360.370.33BETsurfacearea(m2g-1)0.043.774.000.12Qb(MJkg-1)21.0021.0919.7520.27表3.棉桿所產(chǎn)焦炭的元素、比表面積和熱值Table3.Elementalanalyses,BETsurfaceareaandcalorificvalueofcottonstalkbiocharsproducedbycottonstalk.碳元素的含量隨溫度的升高而升高，其他元素則相反;H/C和O/C的原子比隨溫度逐漸下降;熱值在20MJ/kg左右，最高達(dá)23.25MJ/kg550℃時(shí)有最大的比表面積；Pyrolysistemperature(℃)300400450500550600700Heatingrateof10℃min-1Ash(wt.%)9.1714.8115.3815.7516.6716.9617.21Volatile(wt.%)30.2424.0522.8117.9416.7716.4015.17FixedC(wt.%)60.5961.1461.8166.3166.6666.6467.62Heatingrateof20℃min-1Ash(wt.%)11.9415.7516.1817.0017.1417.1418.92Volatile(wt.%)31.5027.4626.0524.1123.4323.1816.39FixedC(wt.%)56.5656.7957.7758.9959.4359.6864.69Heatingrateof30℃min-1Ash(wt.%)12.1212.9013.4614.0015.3915.9616.13Volatile(wt.%)31.9625.2825.0023.2619.6718.9618.25FixedC(wt.%)55.9261.8261.5462.7464.9465..0865.62表4.不同加熱速率以及熱解溫度下所產(chǎn)焦炭的工業(yè)分析Table4.Proximateanalysisofcottonstalkbiocharsproducedatdifferentpyrolysistemperaturesandheatingrates.揮發(fā)分含量隨著溫度的升高而降低，其他含量則升高；低加熱速率導(dǎo)致焦炭有較高固定碳和較低揮發(fā)分。4、產(chǎn)物特性分析4.2棉桿熱解焦炭特性-工業(yè)分析熱解溫度對FTIR曲線影響不顯著脂肪族和芳香族化合物占主導(dǎo)地位圖8.原料以及10℃/min加熱速率下不同溫度熱解的焦炭的FTIR圖Figure8.FTIRspectraofrawcottonstalkanditsbiocharsobtainedatdifferentpyrolysistemperaturesataheatingrateof10℃min-1.4、產(chǎn)物特性分析4.3棉桿熱解焦炭特性-FTIR4、產(chǎn)物特性分析4.4棉桿熱解焦炭特性-SEMa.熱解溫度300℃，加熱速率10℃/minb.熱解溫度550℃，加熱速率10℃/min

c.熱解溫度550℃，加熱速率30℃/mind.熱解溫度700℃，加熱速率30℃/min圖9.焦炭SEM圖Figure9.TheSEMphotographsofchars

圖10.溫度對黃櫨熱解氣組分的影響Figure10.EffectofpyrolysistemperatureonthecompositionofpyrolysisgasobtainedfromCotinuscoggygriaH2和CH4含量隨溫度升高始終上升CO含量550℃達(dá)最大值29.18%CO2含量始終下降4、產(chǎn)物特性分析4.5熱解終溫對熱解氣成分的影響CH4C02C2H4C2H6C3H6C3H8CO4、產(chǎn)物特性分析4.6不同終溫及原料熱解氣成分及熱值Temperature/℃400500550700Calorificvalue/MJm-312.5715.2616.8118.36

表5.黃櫨不同終溫?zé)峤鈺r(shí)氣體的熱值Table5.Thecalorific