基于烘焙预处理的玉米秸秆热解特性试验研究

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本文针对秸秆热解炭气联产过程中,烘焙工艺不明确,热解产物热值低、液体产物含水率高,品质低等问题,开展了烘焙以及烘焙-热解两段式试验。研究了烘焙预处理对玉米秸秆燃料特性和热解产物特性的影响,通过对不同温度、滞留时间、升温速率条件下秸秆炭热值、能量产率以及含表面官能团的影响研究,选出玉米秸秆烘焙、热解最优工艺参数,并研究了烘焙对秸秆热解产物特性的影响。为生物质热解炭气联产的推广应用提供了理论依据和技术支撑。主要内容及结果如下:(1)烘焙预处理对玉米秸秆燃料特性和热解特性的影响研究。烘焙温度相同,随着烘焙滞留时间的增加秸秆中氧的脱除逐渐趋于平稳,固体产物的热值稳定在22MJ/kg左右;升温速率与烘焙所得固体产物的热值呈负相关。通过试验可知,不同烘焙条件均可在不同程度上提高生物质的燃料性能,焙温度为270℃时,原料的燃料特性最好,综合燃烧特性指数、可燃性指数分别为3.79×10-6、5.80×10-4;为本试验中最大值。(2)烘焙产物特性研究。研究发现烘焙温度、滞留时间和升温速率对气体产物热值影响程度为:烘焙温度>滞留时间>升温速率。随着烘焙温度的增加,烘焙气体的热值呈先增加后减小的规律。烘焙温度为250℃时,烘焙气体热值最高为9.32 MJ/Nm3。烘焙滞留时间与烘焙气体的热值呈正相关,在滞留时间为45 min时,烘焙气体的热值为11.90 MJ/Nm3,为最佳值。烘焙温度相同时,随着升温速率的增加,烘焙气体的热值呈先增加后减小的趋势。综合分析可知,增加温度和滞留时间均可提高气体和固体产物的品质,通过烘焙试验对比可知,玉米秸秆的最佳烘焙条件为250℃,升温速率为9℃/min,所得固体产物能量产率为93.61%;滞留时间为45 min时,气体产物热值最高,为11.90 MJ/Nm3。(3)烘焙对热解产物的影响研究。烘焙温度从230℃增加到310℃时,C2+、CO、CO2体积分数先增大后减小,CH4、H2体积分数呈增加趋势。随着烘焙程度增加,木质素相对含量增加,导致CH4、H2的体积分数增加。随着烘焙温度的增加,热解气的热值呈增加趋势,烘焙温度为270℃时候,其热值最高,值为15.81 MJ/Nm3,相比直接进行热解得到气体产物的热值增加2.40%。此时,烘焙-热解所得生物炭的比表面积最大,值为44.23 m2/g。综上得出,烘焙预处理不仅可以提高玉米秸秆的燃料特性,并且适当的烘焙条件对秸秆的热解产物品质和产率具有一定的促进作用。
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