鎂基添加劑作用下棉稈低溫脫氧特性及其對(duì)熱解影響的研究.pdf

1、將生物質(zhì)資源通過(guò)一定技術(shù)手段轉(zhuǎn)化成具有高附加值的焦炭、生物油、可燃?xì)獾壬唐啡剂弦匀〈鷤鹘y(tǒng)化石能源，可緩解中國(guó)能源結(jié)構(gòu)不合理、能耗高、污染重等問(wèn)題。但生物質(zhì)氧含量較高的缺點(diǎn)不僅導(dǎo)致生物質(zhì)熱值較低，而且使得后續(xù)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物品質(zhì)不佳，因此有必要對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行脫氧預(yù)處理。本研究針對(duì)200-300℃烘焙預(yù)處理脫氧效果有限，300-390℃低溫?zé)峤忸A(yù)處理能耗高、經(jīng)濟(jì)性差的矛盾，以棉稈為原料，提出在200-350℃溫度段內(nèi)引入鎂基添加劑以期在較低溫度

2、條件下增強(qiáng)預(yù)處理脫氧效果，進(jìn)一步改善預(yù)處理后產(chǎn)物理化特性，并與后續(xù)（催化）快速熱解相耦合，分析研究低溫脫氧預(yù)處理溫度、鎂基添加劑種類、添加劑與生物質(zhì)質(zhì)量比對(duì)熱解、催化熱解產(chǎn)物的影響。
　　首先，利用熱重分析儀和熱解動(dòng)力學(xué)分析方法探究了不同鎂基添加劑及添加劑與棉稈不同質(zhì)量比對(duì)棉稈熱解特性的影響。結(jié)果表明：鎂基添加劑的存在及質(zhì)量比的增加使得棉稈熱解的初始溫度升高，熱解失重率降低；添加劑S2（MgO-K2CO3）、S3（MgO-KNO3

3、-NaNO3）均能降低棉稈熱解的表觀活化能，其中添加劑S2對(duì)棉稈的熱解促進(jìn)作用更為明顯，且表觀活化能隨著質(zhì)量比的升高而減小。
　　接著，在管式爐臺(tái)架上開展了不同鎂基添加劑作用下棉稈低溫脫氧預(yù)處理實(shí)驗(yàn)，探討了低溫脫氧預(yù)處理溫度、鎂基添加劑種類、添加劑與棉稈質(zhì)量比的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著預(yù)處理溫度的提高，氧、氫元素的含量和固體產(chǎn)率降低，碳元素含量、熱值和液體、氣體產(chǎn)物產(chǎn)率升高；預(yù)處理溫度高于260℃時(shí)，鎂基添加劑的引入可進(jìn)一步促進(jìn)氧元素

4、的脫除、熱值的提升和氣體產(chǎn)率提升，液體產(chǎn)；添加劑S3（MgO-KNO3-NaNO3）、S1（MgO）、S2（MgO-K2CO3）脫氧效果依次增強(qiáng)，S2在促進(jìn)氧元素脫除的同時(shí)還能降低氫元素的損失，添加劑質(zhì)量比的提升并未更有效地降低棉稈的氧含量；添加劑的引入促進(jìn)預(yù)處理過(guò)程中CO2和CO等含氧小分子的析出，S2的效果最明顯；添加劑S2可顯著降低液體產(chǎn)物中酸類物質(zhì)的相對(duì)含量，并提高酚類、酮類的相對(duì)含量。
　　然后，利用Py-GC/MS對(duì)預(yù)

5、處理前后的固體產(chǎn)物進(jìn)行（催化）快速熱解實(shí)驗(yàn)，探究預(yù)處理溫度及低溫脫氧段不同鎂基添加劑的引入對(duì)后續(xù)熱解產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明：隨著預(yù)處理溫度的升高，快速熱解生物油中芳香烴類、烴類、酚類、酮類等化合物的相對(duì)含量呈上升趨勢(shì)，醛類、醇類、呋喃類、糖類等化合物相對(duì)含量呈下降趨勢(shì)，酸類化合物的相對(duì)含量顯著降低；低溫脫氧段引入的鎂基添加劑可在熱解過(guò)程中起催化劑的效果，提高了芳香烴和烴類化合物相對(duì)含量、抑制了酸類、酚類化合物的生成、促進(jìn)了向酮類化合物的轉(zhuǎn)

6、化，添加劑S2的效果最為明顯；HZSM-5催化劑可實(shí)現(xiàn)熱解產(chǎn)物向芳香烴類物質(zhì)的定向轉(zhuǎn)化，添加劑的存在可進(jìn)一步促進(jìn)該定向轉(zhuǎn)化過(guò)程，即使未經(jīng)低溫脫氧預(yù)處理，添加劑S1、S2、S3的存在使得催化熱解后生物油中芳香烴含量分別高達(dá)84.37％，87.58%，85.47%；但預(yù)處理溫度過(guò)高時(shí)（320℃以上）會(huì)導(dǎo)致芳香烴產(chǎn)率有所降低，因此，本文建議鎂基添加劑作用下低溫脫氧預(yù)處理溫度在260-290℃為宜。
　　最后，在小型固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行快

7、速熱解實(shí)驗(yàn)，著重探究了添加劑S2與棉稈不同質(zhì)量比對(duì)快速熱解三態(tài)產(chǎn)物的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：低溫脫氧階段添加劑S2的引入抑制了快速熱解固體產(chǎn)物產(chǎn)率的增加程度，促進(jìn)了氣體產(chǎn)物的生成，且添加劑與棉稈質(zhì)量比的升高能強(qiáng)化上述影響；添加劑S2的引入和質(zhì)量比的升高使得快速熱解氣體產(chǎn)物H2體積百分含量進(jìn)一步增多，且當(dāng)預(yù)處理溫度高于290℃時(shí)，CO2體積百分含量的升高趨勢(shì)和CO的降低趨勢(shì)得到抑制；鎂基添加劑S2作用下低溫脫氧預(yù)處理過(guò)程與快速熱解進(jìn)行耦合可有效提