鎂基添加劑作用下棉稈低溫脫氧特性及其對熱解影響的研究.pdf

1、將生物質(zhì)資源通過一定技術手段轉化成具有高附加值的焦炭、生物油、可燃氣等商品燃料以取代傳統(tǒng)化石能源，可緩解中國能源結構不合理、能耗高、污染重等問題。但生物質(zhì)氧含量較高的缺點不僅導致生物質(zhì)熱值較低，而且使得后續(xù)熱化學轉化產(chǎn)物品質(zhì)不佳，因此有必要對生物質(zhì)進行脫氧預處理。本研究針對200-300℃烘焙預處理脫氧效果有限，300-390℃低溫熱解預處理能耗高、經(jīng)濟性差的矛盾，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、條件下增強預處理脫氧效果，進一步改善預處理后產(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處理溫度、鎂基添加劑種類、添加劑與生物質(zhì)質(zhì)量比對熱解、催化熱解產(chǎn)物的影響。
　　首先，利用熱重分析儀和熱解動力學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)量比對棉稈熱解特性的影響。結果表明：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對棉稈的熱解促進作用更為明顯，且表觀活化能隨著質(zhì)量比的升高而減小。
　　接著，在管式爐臺架上開展了不同鎂基添加劑作用下棉稈低溫脫氧預處理實驗，探討了低溫脫氧預處理溫度、鎂基添加劑種類、添加劑與棉稈質(zhì)量比的影響。結果發(fā)現(xiàn)：隨著預處理溫度的提高，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；預處理溫度高于260℃時，鎂基添加劑的引入可進一步促進氧元素

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，S2在促進氧元素脫除的同時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；添加劑的引入促進預處理過程中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)的相對含量，并提高酚類、酮類的相對含量。
　　然后，利用Py-GC/MS對預

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

6、化，添加劑S2的效果最為明顯；HZSM-5催化劑可實現(xiàn)熱解產(chǎn)物向芳香烴類物質(zhì)的定向轉化，添加劑的存在可進一步促進該定向轉化過程，即使未經(jīng)低溫脫氧預處理，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84.37％，87.58%，85.47%；但預處理溫度過高時（320℃以上）會導致芳香烴產(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處理溫度在260-290℃為宜。
　　最后，在小型固定床實驗臺架上進行快

7、速熱解實驗，著重探究了添加劑S2與棉稈不同質(zhì)量比對快速熱解三態(tài)產(chǎn)物的影響，結果發(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體積百分含量進一步增多，且當預處理溫度高于290℃時，CO2體積百分含量的升高趨勢和CO的降低趨勢得到抑制；鎂基添加劑S2作用下低溫脫氧預處理過程與快速熱解進行耦合可有效提