稻秸熱解過程中堿金屬析出的實驗研究.pdf

1、為了深入了解堿金屬及相關(guān)元素在熱解過程中的析出、轉(zhuǎn)化的過程,為堿金屬問題的解決提供基礎(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鉀、鈉、氯等與堿金屬問題息息相關(guān)的無機物質(zhì)在原料中存在形式和含量的的檢測方法,并對測試工藝參數(shù)進行了優(yōu)化,得到了比較滿意的檢測結(jié)果.該測量工藝方法分別采用強酸消解結(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秸稈中的堿金屬及氯的含量進行可靠測定,該工藝方法的確定為對生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用過程中遇到的

2、堿金屬問題進行詳細定量研究打下了基礎(chǔ).對兩種新陳程度不同的稻秸的檢測結(jié)果表明,當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%),這一方面說明新鮮稻秸中的堿金屬物質(zhì)在熱解燃燒過程中處于一種非?；钴S的易揮發(fā)狀態(tài),在熱解、燃燒等轉(zhuǎn)化利用過程中易造成堿金屬問題;另一方面說明對秸稈原料進行簡單的水洗可以有效地降低有害無機物質(zhì)的含量,從而緩解熱化學(xué)利用過程中的堿金屬問題.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,在排除存儲過程中經(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)不但在長期貯藏中有向束縛較強的形式轉(zhuǎn)化的趨勢,而且可能存在以無機鹽形式結(jié)晶析出的現(xiàn)象.這說明將稻秸長期放置也是一個可以緩解堿金屬問題的途徑.由于熱解是生物質(zhì)熱化學(xué)利用的一個主要的途徑,因此生物質(zhì)熱解過程中堿金屬的析出轉(zhuǎn)化過程對于研究堿金屬問題的引發(fā)和發(fā)展具有重要的意義.為了對該過程進行研究,搭建了小型的熱解實驗臺

4、,以化學(xué)分餾為手段,通過元素和物質(zhì)平衡,對熱解過程中不同形式的堿金屬元素的析出過程進行了試驗研究.試驗結(jié)果表明,稻秸熱解過程中堿金屬的析出是一個不可避免的過程,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溫度區(qū)間,200-500℃,堿金屬隨著生物質(zhì)基體的分解而進入氣相,熱解析出的速率比較快;600℃以上,隨著蒸汽壓的升高進入氣相,到熱解終溫1100℃時,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,水溶性的在熱解過程中易于進入氣相,堿金屬的析出曲線與水溶性部分堿金屬物質(zhì)含量的減少動態(tài)曲線的相似性說明熱解過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)合工程實際,針對某造紙企業(yè)工藝廢棄物木素燃燒特性,主要是可能的堿金屬相關(guān)問題進行了評估和預(yù)測.試驗研究包括了對涉及到的原料的表觀物理性質(zhì)測定、常規(guī)燃燒特性分析以及燃料中堿金屬物質(zhì)含量測定、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.通過分析,對燃料的燃燒特性有了初步的認識,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),在燃燒過程中引發(fā)問題的可能性較大.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)出罕見的低熔點性質(zhì),在600度即出現(xiàn)結(jié)團跡象,800度時嚴重?zé)Y(jié),這對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,提