整包秸稈的微波熱解特性研究.pdf

1、我國的生物質(zhì)尤其是農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，但其能源化利用程度不高。目前，幾乎所有的秸稈類生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)都需要對原料秸稈進行破碎，由此增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性、初投資和能耗。因此，需要尋求一種秸稈無需破碎即可利用的新方法。 本文提出了一種不需預(yù)破碎的秸稈類生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化方法-整包秸稈的微波熱解，無需對秸稈進行破碎，而是對其壓縮打包實現(xiàn)整體熱解利用，并與電加熱常規(guī)熱解進行了對比。 首先，在微波熱解實驗臺上進行了微波加熱下整包秸

2、稈的熱解過程和傳熱機理的研究。秸稈的微波熱解過程分為四個階段：干燥階段、預(yù)熱解階段、揮發(fā)分大量析出階段和炭化階段，各階段對應(yīng)的溫區(qū)和加熱機理不同；在微波加熱下大尺度物料(整包秸稈)的傳熱方向由表層向內(nèi)部，傳質(zhì)方向由內(nèi)部向表層，這與經(jīng)過破碎的小尺度物料不同；微波加熱下料包內(nèi)部溫度場均勻性較好，微波功率越大，料包內(nèi)部溫度場越均勻；較之微波熱解，常規(guī)熱解預(yù)熱階段不明顯，沒有揮發(fā)分析出平臺期，料包內(nèi)部沿導(dǎo)熱方向溫度單調(diào)遞減。 其次，采用

3、熱重分析方法研究了整包秸稈的微波熱解特性，分析了熱解產(chǎn)物以及熱解過程的能耗。整包秸稈的微波熱重特性與常規(guī)熱重基本吻合，180℃～450℃溫區(qū)為揮發(fā)分析出最多的階段，高于450℃后物料失重緩慢；微波功率增大，熱解各階段的起始時間提前，最大熱解速率增大，最終熱解時間減小，但微波功率對熱解最終溫度影響不大；在微波功率為668W/(kg秸稈)下，秸稈熱解最終三相產(chǎn)物中炭最多、液體其次、氣體最少；熱解氣體的主要成分為CO、CO2、H2、CH4和少

4、量小分子烴，純熱解氣中H2含量最大可高于35voL％，合成氣(H2+CO)含量高于50 voL％；熱解氣各組分含量和熱解氣熱值隨時間的變化趨勢都是先由零增大到最大值后減少，CO、CO2含量最大值點比其他氣體組分先出現(xiàn)；秸稈微波熱解炭的比表面積約為30～40m2/g，比常規(guī)熱解炭大；在本文實驗條件下，秸稈微波熱解的耗電量在0.58～0.88 kW·h/(kg秸稈)之間，并且隨著微波功率的增大，單位質(zhì)量秸稈完成熱解所需電耗增大；在功率可對比

5、的情況下，微波加熱比電加熱速度快、熱解氣熱值高，微波熱解氣焦油含量比電加熱熱解氣高。 最后，理論分析了整包秸稈的微波熱解宏觀反應(yīng)動力學(xué)特性。建立了一步多反應(yīng)競爭模型描述本實驗中的微波熱解反應(yīng)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求出了不同微波功率下的表觀活化能、指前因子和反應(yīng)級數(shù)。當微波功率為334W/(kg秸稈)和668W/(kg秸稈)時秸稈活化能分別為24～27 kJ·mol-1和67～71 kJ·mol-1，反應(yīng)級數(shù)都為一級，活化能和指前因子都隨