榆木木屑慢速热裂解过程中气体的逸出规律.pdf

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1、第26卷第8期2602010年8月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．8Aug．2010榆木木屑慢速热裂解过程中气体的逸出规律邓春健1，一，刘荣厚蝶(1．上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心，上海200240；2．南昌航空大学环境与化学工程学院，南昌330063)摘要：为掌握榆木木屑的热裂解特性，该文利用热分析／质谱联用技术研究了榆木木屑在20。C／min升温速率下的慢速热裂解过程。主要探讨了水蒸汽、甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等7种小分子气体在慢速热裂解过程中的逸出规律。气体逸出和失重主要发牛在升温阶段

2、，恒温温度越高，气体越容易逸出。在榆木木屑加热至380℃和480℃并恒温1．5h的过程中，所有逸出气体峰值对应的温度约为350。C。通过计算质谱图中逸出气体的峰面积，比较了7种逸出气体的相对体积含量，结果表明，水蒸汽、一氧化碳和二氧化碳的含量较高，水蒸汽相对含量超过50％，而氢气、甲烷、乙烷和丙烯在逸出气体中含量较低。关键词：木屑，热裂解，气体，热分析／质谱联用(rA．MS)doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．08．044中图分类号：s216文献标识码：A文章编号：1002—6819(201o)一08—0260-05邓春健

3、，刘荣厚．榆木木屑慢速热裂解过程中气体的逸出规律[J]．农业工程学报，2010，26(8)：260--264．DengChunjian，LiuRonghou．Evolutionprofilesofgasesevolvedduringslowpyrolysisofelmsawdust[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(8)：260--264．(inChinesewithEnglishabstraeO0引言随着能源利用和环境保护与经济发展相互协调的问题日趋严重，积极开发可再生能源已成为当今世界各国政府的共识。生物质是地球上最广

4、泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定的能量．通过热化学转化技术、生物转化技术等手段可将其转化为液体、固体和气体燃料。生物质热裂解技术被认为是最有前途的生物质能转化途径之一[1-31，在国内外正受到越来越多的关注【4j。在实际的生物质热裂解过程中很难精确地测量试样的失重、温度等相关热分析参数，研究人员通常采用热分析技术(如热重法和差热分析法，一般情况下为慢速热裂解过程)以快速、精确测量这些参数【5l。许多学者采用热分析技术对生物质热裂解反应动力学进行了广泛研究[6,71。然而，有关

5、生物质热裂解过程中气体逸出规律研究较少。掌握生物质热裂解过程中逸出气体产物种类、产量、逸出时间等信息对于准确理解生物质热裂解机理至关重要‘81。传统的热分析技术无法对热解过程中逸出气体的组收稿日期：2010-02-05修订日期：2010-08．18基金项目：国家自然科学基金资助项目(50776059)作者简介：邓春健(1976一)，男，江两人，博士生，研究方向：生物质能工程。江西省南昌市丰和南大道696号，南昌航空大学环境与化学工程学院，330063。Emaihycden90876@}gmail．corn※通信作者：刘荣厚(1960一)男，辽宁人。教授，

6、博士，博十生导师，中国农业工程学会会员(E041200022S)，主要从事可再生能源与环境工程的研究与教学工作。上海市闵行区东川路800号，上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心，200240。Email：liurhou国jtu．cdu．∞分进行表征，热分析／质谱联用(thermalanalysis-massspectrometry，TA．MS)技术除了可以测得热分析过程中热量和质量的变化外，还可以分析热分析过程中逸出的气体【91。TA．MS技术出现以来，在新材料的研究和制备中应用较广l101。近些年来，该方法也逐步用于生物质的热裂解特性研究中[

7、11-13l。本文采用TA．MS技术，在慢速升温条件下，研究了榆木木屑在热裂解过程中逸出气体的析出规律，以期对生物质热裂解技术的发展提供有益的参考。1材料和方法1．1试验试样的准备榆木木屑粉末：取自木材加工厂刨花等，用粉碎机粉碎，用60目的分样筛筛取粒径小于0．28miil的粉末，在105℃下烘12h后待用。1．2试验仪器为对热裂解过程中逸出的气体组分进行定量分析，本文采用了德国耐驰公司生产的热重差式扫描热分析仪(TG-DSC)并耦合质谱仪，其中热分析仪型号为STA409PC，质谱仪型号为QMS403C。1．3试验条件及过程首先通入惰性气体并开通真空泵抽

8、吸热分析仪的内部空间(2～3次)，排除仪器内残留气体。在计算机中打开热分析测试程