苎麻骨热解制备燃料气的研究.pdf

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1、第34卷第l0期太阳能学报Vo1．34．NO．102013年10月ACTAENERGIAESOLARISSINICA0et．．2013文章编号：0254-0096(2013)10—1841-06苎麻骨热解制备燃料气的研究张乐观2，成功，肖波，江程程，许涛，张艳丽(1．华中科技大学环境科学与工程学院，武汉430074；2河南城建学院环境与市政工程系，平顶山467001)摘要：研究苎麻麻骨热解的动力学行为并考查其在旋风炉中热解制取燃料气的可行性。采用热重分析在不同升温速率下(5、10、15、20℃／m

2、in)对麻骨热失重过程，研究显示：热分解的主要阶段发生在250～390~C之间，且最大失重速率随升温速率的提高而升高。动力学研究表明麻骨热解的表观活化能在200—258kJ／mol范围内。此外，麻骨能够作为一种给料在旋风炉中进行内热式热解反应。热解过程中的炉膛温度、燃气成分及碳转化率均显著受空气当量比(职)的影响。当在0．21—0．35之间时，燃气产率为1．07～2．08Nm’／kg，燃气热值达到3350～4798kJ／Nrn3。关键词：热解；麻骨；活化能；旋风炉中图分类号：TK6文献标识码：A0

3、引言1实验苎麻(又名“中国草”)据不完全统计，我国每1．1材料年干麻产量近50万t，其植株仅有表层剥下的韧实验所用原料为新鲜苎麻剥去外皮后残余的皮用于纺织工业，大量残余的茎(俗称麻骨)通常麻骨，苎麻原料产自湖北省咸宁市某农场。样品首先作为废弃物被焚烧处理，这不仅污染环境，而且浪在阳光下自然晾晒5～7d，经破碎处理并过筛至费资源。因此合理高效地利用此类农业废弃物以0．125～0．250mm。麻骨样品的元素及工业分析见获取生物质能成为我国主要苎麻产区的重要课表1题。华中科技大学设计出一种内热式旋风炉反

4、应表1样品的元素及工业分析器适用于生物质的燃烧和气化，该反应器的内部Table1Ultimateanalysisandproximateanalysisofthesample结构类似于旋风除尘器，它将快速热解、部分燃烧元素分析工业分析／wt％和半焦气化集中于同一炉膛中，并由原料的部分燃烧来提供反应所需的热能，因此炉膛中具有相当快的传质传热速率[1’。旋风炉用于生物质热解气化，不仅有反应温度高、燃气焦油含量低等优点，而且在炉膛内部即可完成固体灰渣与烟气的分离，减少了后续除尘的工序。相比于传统流化床反

5、应器，旋风炉结构简单、成本低廉、操作简便，适合我国农村地区中小规模的生物质制备1．2装置与方法燃气工程的需要。实验装置(旋风炉)的结构图以及具体实验过本文采用热重分析(TGA)研究麻骨热解的动程在文献[5]中已有详细说明，本文不再赘述，仅对力学行为，并考查其在旋风炉中自热热解制取燃料修改部分做简要叙述。在每次实验开始前，调节空气的可行性，为苎麻残余物的高效能源转化技术奠气通入量为60m／h，以保证原料的充分燃烧。同时定基础。开启给料器，控制给料速度为15kg／h。经过约5min收稿日期：201l-

6、08-29通讯作者：张乐观(1975一)，女，博士研究生、副教授，主要从事环境1=程方面的研究。zig@hncj．edu．en太阳能学报34卷的完全燃烧后炉膛内温度达到800％以上，此时逐重率达到60％)，说明此阶段为原料热解的主要阶渐减少空气通人量使得当量比分别为0．35、0．32、段，在此温度范围内麻骨热解生成小分子气体和大0．28、0．25和0．21。待温度保持稳定后开始记录相分子的可冷凝挥发分；当温度超过390~C后，失重曲关实验数据。线逐渐趋于平缓，此阶段对应的是残留固定碳的缓1．3分析

7、方法慢分解。此外，DTG曲线显示在约350℃处出现叠加状的最大失重峰，这也说明了第2阶段为样品热热重分析采用rA仪器系统(Diamond解的主要阶段。可以看出，麻骨的热解特性与其他TG／DTA，PerkinElmerInstruments)，实验条件为：氮秸秆类生物质(如稻秆、棉杆和玉米秆)原料十分相气为载气；温度范围为室温～800~C；升温速率分别为5、1O、15和20~C／min。样品的元素分析采用似。这是由于木质纤维素类生物质主要由纤维CHNS／O分析仪(VarioMicrocube，Ele

8、me~ar)，其中素、半纤维素和木质素组成的，而这些成分影响生物质的热解过程。一般而言，半纤维素在200～氧元素含量为差减法计算得到。燃气成分分析采用GC9800T型气相色谱(TCD检测器)，TDX~I型色谱260oC之间即可快速分解，纤维素完成分解的温度也柱用于分析H、CH、CO和CO，5A分子筛和porapak不超过360，而木质素的分解则更加困难，温度一Q型色谱柱用于分析CH和Ctt，载气为He。般需达到500℃后才能完全热解。因此，在第2阶段发生的热解是纤维素、半纤维素及木