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生物质与油页岩混合热解特性

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-05-19 12:41【
生物质是世界未来能源的重要组成部分,我国具有十分丰富的生物质资源。对玉米秸秆进行了热解实验研究指出,随着升温速率增加,样品的失重曲线向高温侧移动。对玉米秸秆热解制取生物油实验的研究指出,玉米秸秆热解液体产率随温度的升高先增加后减小。少量加入CaCl2 对稻壳热解焦炭产物的生成有促进作用。物料热重的反应时间短,且各个阶段反应相互叠加,DTG曲线出现多个峰值。生物质的能源化利用,可以缓解因大量燃烧化石能源而带来的硫化物、氮氧化物等所造成的环境污染。生物质热裂解生成
的生物油液体燃料存在水分及氧含量高的特性,导致其稳定性差且热值低,使其在现有燃烧设备上难以大规模直接利用。世界油页岩折算成页岩油的量远超过了石油资源量。油页岩作为一种非常规的替代能源,具有广阔的应用前景。油页岩目前的主要应用是燃烧发电、供热以及干馏炼制页岩油,但是,由于油页岩燃烧发电和干馏炼油的剩余残渣中残留有害物质,将对环境产生破坏,存在干馏残渣难以处理等问题,但如果能够将油页岩与生物质混合热解制取气体或液体燃料,这或许可同时充分发挥2种物质的利用价值,并减少对环境的危害。至今鲜有文献对油页岩与生物质混合样品进行热解特性的研究,笔者以农业生物质与油页岩的混合试样作为研究对象,并采用 TG -DSC 联用技术进行热重实验,分析其热解特性曲线,计算热解特性参数,并采用差减微分法计算热解动力学参数。
 
1 实验设备及实验方法
实验采用 NETZSCH 公司 STA409PC 的热分析仪,该仪器可以进行 TG、DTG 以及 DSC 同步热分析。实验气氛采用氮气,气体流量为 80 mL /min,升温速率为 20 K/min,从室温开始升温,终止温度为1173 K,实验样品质量约为 10 mg。
 
2 热解特性参数分析
由于生物质半纤维素及纤维素的热解挥发分的
析出温度低于油页岩挥发分的热解析出温度,主要为油页岩挥发分热解析出缘故,少部分是剩余木质素的热解生成焦炭的影响。可见,随着混合试样中生物质含量逐渐减少,油页岩含量逐渐增多,第 1 峰值逐渐减弱且其质量变化量逐渐降低,而第2峰逐渐明显且其质量变化量逐渐增加。热解后期,混合试样随着油页岩含量的增多,油页岩无机盐在高温段的高温热分解吸收热量相对较多,故出现明显向上的 DSC 吸热峰。
 
3 热解动力学结果分析
采用最小二乘法对实验数据进行直线拟合得到的线性相关系数 r 值均相对较高,故其线性回归是合理的,因此,所采用模型的计算结果是可靠的。样品S2和S3在低温段的活化能值高于高温段的活化能值,这主要因为混合样品中的生物质半纤维素及纤维素在低温段热分解析出挥发分,且S2及S3中的生物质含量相对较多,热解析出挥发分所需热量较多,故其热解所需活化能较高,而高温段主要为少量油页岩的热解析出挥发分所需热量较少,故其活化能较低。油页岩量较多的混合试样S4、S5 及S6在高温段活化能大于低温段活化能,这主要是因为在高温段大量的油页岩热解析出挥发分所需热量较多的缘故。
 
4 结 论
1) 混合试样 DTG 曲线分别出现低温段和高温段的 2 个峰,第 1 峰主要是试样中生物质半纤维素及纤维素的热解析出挥发分的过程,第 2 峰主要是油页岩热解析出挥发分的缘故; 随混合试样中油页岩含量逐渐增多,油页岩无机盐在高温段热分解吸热量相对较多,故热解后期 DSC 曲线逐渐出现明显的吸热峰。
 
2) 混合试样在低温段热解析出挥发分的范围
较宽,挥发分释放不集中,低温段挥发分析出量大于高温段的值,且低温段挥发分综合释放特性指数D大于高温段的值; 生物质含量最高的试样S2的挥发分初始析出温度最低,其挥发分最大释放速度的峰值最大,且其挥发分综合释放特性指数也最大。
 
3) 生物质含量较多的混合试样S2及S3,其低温段活化能大于高温段活化能值; 油页岩含量相对较多的试样S4、S5及S6,其高温段活化能值大于低温段活化能的值。