稻秸熱解過(guò)程中堿金屬析出的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、為了深入了解堿金屬及相關(guān)元素在熱解過(guò)程中的析出、轉(zhuǎn)化的過(guò)程,為堿金屬問(wèn)題的解決提供基礎(chǔ)依據(jù),本文以南方典型的稻秸為原料,摸索出了一整套針對(duì)鉀、鈉、氯等與堿金屬問(wèn)題息息相關(guān)的無(wú)機(jī)物質(zhì)在原料中存在形式和含量的的檢測(cè)方法,并對(duì)測(cè)試工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,得到了比較滿意的檢測(cè)結(jié)果.該測(cè)量工藝方法分別采用強(qiáng)酸消解結(jié)合原子吸收光譜法和高溫水解法結(jié)合硫氰酸汞比色法對(duì)秸稈中的堿金屬及氯的含量進(jìn)行可靠測(cè)定,該工藝方法的確定為對(duì)生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用過(guò)程中遇到的

2、堿金屬問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)定量研究打下了基礎(chǔ).對(duì)兩種新陳程度不同的稻秸的檢測(cè)結(jié)果表明,當(dāng)年生新鮮秸稈中絕大多數(shù)的堿金屬元素和影響堿金屬析出的氯都處于束縛最弱的水溶形式(>90%),這一方面說(shuō)明新鮮稻秸中的堿金屬物質(zhì)在熱解燃燒過(guò)程中處于一種非?；钴S的易揮發(fā)狀態(tài),在熱解、燃燒等轉(zhuǎn)化利用過(guò)程中易造成堿金屬問(wèn)題;另一方面說(shuō)明對(duì)秸稈原料進(jìn)行簡(jiǎn)單的水洗可以有效地降低有害無(wú)機(jī)物質(zhì)的含量,從而緩解熱化學(xué)利用過(guò)程中的堿金屬問(wèn)題.與新鮮秸稈中的相關(guān)元素含量相比,經(jīng)

3、年的陳稻秸中的相關(guān)元素的含量也有明顯降低,在排除存儲(chǔ)過(guò)程中經(jīng)歷水洗的可能后,根據(jù)定量分析可以推斷,秸稈中的部分水溶性堿金屬物質(zhì)不但在長(zhǎng)期貯藏中有向束縛較強(qiáng)的形式轉(zhuǎn)化的趨勢(shì),而且可能存在以無(wú)機(jī)鹽形式結(jié)晶析出的現(xiàn)象.這說(shuō)明將稻秸長(zhǎng)期放置也是一個(gè)可以緩解堿金屬問(wèn)題的途徑.由于熱解是生物質(zhì)熱化學(xué)利用的一個(gè)主要的途徑,因此生物質(zhì)熱解過(guò)程中堿金屬的析出轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)于研究堿金屬問(wèn)題的引發(fā)和發(fā)展具有重要的意義.為了對(duì)該過(guò)程進(jìn)行研究,搭建了小型的熱解實(shí)驗(yàn)臺(tái)

4、,以化學(xué)分餾為手段,通過(guò)元素和物質(zhì)平衡,對(duì)熱解過(guò)程中不同形式的堿金屬元素的析出過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)研究.試驗(yàn)結(jié)果表明,稻秸熱解過(guò)程中堿金屬的析出是一個(gè)不可避免的過(guò)程,即使在低溫下,也有一定的析出量.隨著溫度的升高,堿金屬的析出明顯分為兩個(gè)溫度區(qū)間,200-500℃,堿金屬隨著生物質(zhì)基體的分解而進(jìn)入氣相,熱解析出的速率比較快;600℃以上,隨著蒸汽壓的升高進(jìn)入氣相,到熱解終溫1100℃時(shí),大約仍有35%的堿金屬殘留在半焦中.化學(xué)分餾結(jié)果顯示,不

5、同形態(tài)的堿金屬具有不同的析出特點(diǎn),水溶性的在熱解過(guò)程中易于進(jìn)入氣相,堿金屬的析出曲線與水溶性部分堿金屬物質(zhì)含量的減少動(dòng)態(tài)曲線的相似性說(shuō)明熱解過(guò)程中堿金屬的析出基本體現(xiàn)為水溶性堿金屬的析出.在以上研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實(shí)際,針對(duì)某造紙企業(yè)工藝廢棄物木素燃燒特性,主要是可能的堿金屬相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了評(píng)估和預(yù)測(cè).試驗(yàn)研究包括了對(duì)涉及到的原料的表觀物理性質(zhì)測(cè)定、常規(guī)燃燒特性分析以及燃料中堿金屬物質(zhì)含量測(cè)定、堿金屬物質(zhì)存在形式定量分析;燃燒成灰表象分

6、析、燃料灰成分分析(包括灰中堿金屬含量和遷移情況定量)和燃料灰物相分析等.通過(guò)分析,對(duì)燃料的燃燒特性有了初步的認(rèn)識(shí),指出由于原料中鉀、氯的含量維持在較高水平,而且從存在狀態(tài)分析看,大多處于活潑狀態(tài),在燃燒過(guò)程中引發(fā)問(wèn)題的可能性較大.從灰渣特性角度看,由于鉀在灰中的豐富含量而缺乏Fe、Al等元素,麥草木素灰表現(xiàn)出罕見(jiàn)的低熔點(diǎn)性質(zhì),在600度即出現(xiàn)結(jié)團(tuán)跡象,800度時(shí)嚴(yán)重?zé)Y(jié),這對(duì)組織燃燒是非常不利的.在此基礎(chǔ)上,利用已經(jīng)得到的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),提