可再生能源20056(總第124期)研究與試驗玉米新熱解規(guī)律聊試驗研我周新華,齊慶杰,郝宇,吳憲(遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,遼寧阜新123000)摘要:用熱重分析法對玉米秸稈的熱解規(guī)律進(jìn)行了研究,分析了玉米秸稈樣品在不同升溫速率(5,10,20,30℃/min)、不同溫度(250,300,350℃)恒溫加熱2h條件下熱解的試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品的非等溫失重過程由脫水、保持、劇烈失重和緩慢失重4個階段組成并且在相同條件下,樣品的質(zhì)量對玉米秸稈熱解有一定的影響在恒溫?zé)峤膺^程中,在不同的恒溫溫度條件下,秸稈失重曲線形態(tài)基本相似,但在300℃條件下,恒溫?zé)峤獾臒嶂厍€與250,350℃條件下恒溫?zé)峤獾臒嶂厍€相比較為平緩。關(guān)鑣詞:生物質(zhì);熱解;熱重分析;升溫速率;恒溫中圖分類號:S2162;TK6文賦標(biāo)識碼;A文章編號:1671-5292(2005)060021-03The experimental research on the pyrolysis characteristicsof corn stalk at the different conditionsZHOU Xin-Hua, QI Qing-jie, HAO Yu, WU Xian(Institute of Civil and Architecture Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China)Abstract: The paper researches the pyrolysis characteristics of corn stalk by utilizing themethod of thermogravimetric analysis. It analyses the experimental results with the samplesof corn stalk kept at the constant temperature for two hours at the different heating rate(5℃、10℃、20℃、30℃/ min)and different temperatures(200℃、250℃00℃、350℃)heresults show that the unisothemal weightlessness process of the sample is made up of fourstages which include the deprivation dramatic weightlessness and slow weightlessness andalso shows that the mass of samples has effect on the pyrolysis of corn-straw at the sameonditions. Dpyrolysis process of isothermal temperature the corn-straws TG curvesare very similar at the different isothermal temperatures, but the thermogravimetric curves ofconstant temperature pyrolysis at the 200 Cand 300 C are smoother than it is at the 250 Cand350℃Key words: biomass; pyrolysis; thermogravimetric analyzer; heating rate; constant temperature生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四成為高品位能源就更具有發(fā)展前景。近年來,關(guān)大能源約占全球總能源消耗的14%,生物質(zhì)資源于玉米秸稈的熱解特性,國內(nèi)外研究者已提出作為一種相對穩(wěn)定的可再生資源已為世界各國所些有價值的結(jié)論和見解。本文針對玉米秸稈重視。在我國農(nóng)村地區(qū),生物質(zhì)能的利用比例更大,在線性升溫和恒溫條件下的熱解特性進(jìn)行了研約占農(nóng)村總能耗的43%。玉米秸稈作為生物質(zhì)的究,為深入研究玉米秸稈熱解機理提供了基本主要組成部分,其利用形式也越來越受到人們的數(shù)據(jù)。關(guān)注。在這種背景下,發(fā)展生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)使之1試中國煤化工收稿日期:2005-07-21KYHCNMHG基金項目:遼寧工程技術(shù)大學(xué)?；鹳Y助項目(04A01004)作者簡介:周新華(1975-),男,碩士研究生,講師,主要從事生物質(zhì)熱解規(guī)律及燃燒過程中污染物析出規(guī)律等方面的研究研究與試驗RENEWABLE ENERGY No 6 2005(124 Issue in All)1.1試驗樣品量余事91.1級對應(yīng)孟度1.T℃選用我國東北地區(qū)的玉米秸稈為試驗樣品。項量剩余1.505對應(yīng)遙度219℃在試驗前,將秸稈在自然條件下風(fēng)干,然后用粉碎機反復(fù)粉碎,過22目篩子,取篩下物作為試驗質(zhì)量剩余摹364對應(yīng)溫度244.℃樣品。質(zhì)量剩余率毛對應(yīng)通度引11.2試驗設(shè)備與試驗方法本次試驗采用德國耐馳公司生產(chǎn)的NETZSCH STA449C熱重分析儀,用Al4O3坩堝作為圖1玉米秸稈在升溫速率為5℃/mn的熱解曲線試驗坩堝。試驗時,將樣品放入坩堝中,通人高純質(zhì)量剩余12.76對應(yīng)溫度11.℃度N2(保護(hù)氣流量為10m/min,吹掃氣流量為質(zhì)量剩余率.16對應(yīng)溫度1.代℃50m/min)。試驗開始時,先通入N2約10min,將加熱區(qū)的空氣趕出去后,再打開熱天平的電源質(zhì)量剩余率]7.44對應(yīng)溫度34質(zhì)量制余率411對樣品進(jìn)行加熱,并繼續(xù)通入N2。在線性升溫試應(yīng)溫度654.驗中,分別采用5,10,20,30℃/min的升溫速率度℃終溫控制在1000℃;在恒溫試驗中,分別在圖2玉米秸稈在升遙速率為10℃/mm的熱解曲線250,300,350℃恒溫加熱2h條件下進(jìn)行試驗。在試驗中,由與熱天平相連的計算機自動記錄相質(zhì)量制余率9非對應(yīng)遙度1牝關(guān)的試驗數(shù)據(jù),并由其自帶的分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)量剩余率1.4對丘溫度251.處理。試驗完成后,繼續(xù)通入N2直到樣品冷卻。每順量剩余率36.2對應(yīng)溫度31窕次試驗均在相同條件下做基線,然后在基線的基剩余率5溫度0t礎(chǔ)上進(jìn)行試驗,以此來消除試驗誤差。2試驗結(jié)果及試驗分析,而品遙度℃2.1線性升溫條件下TGTt曲線圖圖3玉米秸稈在升溫速率為20℃/min的熱解曲線熱重分析儀測定的玉米秸稈在不同升溫速質(zhì)量剩余率911對應(yīng)度10,究率下的試驗結(jié)果如圖1-4所示。從圖1~4可以明面量剽余率日.41對應(yīng)溫度251.6℃顯看出,玉米秸稈在不同升溫速率下的熱解規(guī)律順量剩章率34.45對應(yīng)最度319.℃基本相似。其熱解過程隨著溫度的升高大致可分水量剩余率4為以下4個階段:第1階段的溫度為30~110℃,對直遙度62其失重率約為總質(zhì)量的8%左右,此階段失重是由水分析出引起的;第2階段的溫度為110~250℃,其失重率約為總質(zhì)量的6%;第3階段的溫度4五米秸稈在升溫邀率為30℃/m的熱解曲線為250~360℃,并且隨著升溫速率的增加,此階22恒溫條件下TGt曲線圖段的終止溫度向高溫方向偏移,其失重率約為總熱重分析儀測定的玉米秸稈在不同溫度條件質(zhì)量的50%;第4階段的溫度為350~1000℃,隨下恒溫?zé)峤獾脑囼灲Y(jié)果如圖5所示。在圖5中3著升溫速率的增加,此階段的終止溫度向高溫方向偏移更加嚴(yán)重,秸稈失重率約為其總質(zhì)量的E饗30%。在第4階段,當(dāng)升溫速率為5℃/min時,在500℃附近就會出現(xiàn)失重平臺;升溫速率為10℃/min時,在660℃附近出現(xiàn)失重平臺;升溫速率中國煤化工為20℃/min時,在800℃附近出現(xiàn)失重平臺;而CNMHG 12 140 16當(dāng)升溫速率為30℃/min時,溫度達(dá)到960℃時仍未出現(xiàn)明顯的失重平臺。圖5玉米秸稈在不同條件下的恒溫?zé)峤馇€再生能源20056(總第124期)研究與試驗條熱重曲線從上至下依次為250,300,350℃條為30℃/min,反應(yīng)溫度接近1000℃時,其熱解件下恒溫?zé)峤?h的TG曲線。從圖5中可以明過程未出現(xiàn)明顯的失重平臺。顯看出,玉米秸稈在250℃條件下恒溫?zé)峤?h,③在恒溫?zé)峤庠囼炛?恒溫段的溫度對玉米其TG曲線比較平緩,無明顯的失重過程,到反應(yīng)秸稈TG曲線的形態(tài)影響較大。在250℃條件下終點時,其失重為總質(zhì)量的60%;在300℃條件恒溫?zé)峤?其TG曲線整個過程比較平緩;而在下恒溫?zé)峤?h,前20min其失重過程比較劇300℃和350℃條件下恒溫?zé)峤?其TG曲線在烈,其失重為總質(zhì)量的58%,第20mn到反應(yīng)終起始階段均有明顯的失重過程,在以后的階段其點,其TG曲線則比較平緩,到反應(yīng)終點時,其失TG曲線才趨于平緩。重為總質(zhì)量的75%;在350℃條件下恒溫?zé)峤?④通過比較玉米秸稈在線性升溫和恒溫條件h,前15min其失重過程比較劇烈,其失重為總質(zhì)下熱解的Tc曲線可以看出,在250-350℃有一量的65%,第15min到反應(yīng)終點,其TG曲線則個劇烈失重的溫度區(qū)間,這一點對玉米秸稈的利比較平緩,到反應(yīng)終點時,其失重為總質(zhì)量的用有一定的指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)3結(jié)論[偉,奚同庚熱分析質(zhì)譜法M上海:上?？茖W(xué)技通過對在不同條件下玉米秸稈的熱解試驗術(shù)文獻(xiàn)出版社2002研究我們可以得出如下結(jié)論。[2]賴艷華,呂明新,馬春元,等程序升溫下秸稈類生物①玉米秸稈在不同的升溫速率條件下進(jìn)行質(zhì)燃料熱解規(guī)律燃料科學(xué)與技術(shù),2001,7(3):245-線性升溫?zé)峤?其TG曲線形態(tài)基本相似,其熱解過程可以分為4個階段,這一點與他人的研究成于,章明川,沈鐵,等,生物質(zhì)熱解特性的熱重研究果基本相似,依此可以推斷玉米秸稈中半纖維門上海交通大學(xué)學(xué)報,200236(10):1475-1478.素、纖維素、木質(zhì)素的含量分別為6%,50%4蔣劍春沈兆邦生物質(zhì)熱解動力學(xué)研究門林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2003,23(4):1-630%②不同的升溫速率條件對玉米秸稈的熱解5]江淑琴生物質(zhì)材料的燃燒與熱解特性太陽能學(xué)報,1995,16(1):23-27過程影響較大,隨著升溫速率的增加TG曲線各1劉乃安生物質(zhì)材料熱解失重動力學(xué)及其分析方法研階段的終止溫度向高溫方向偏移。當(dāng)升溫速率究D]合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)2000(上接第20頁)木薯乙醇燃料考慮可再生性的凈薯乙醇是潛在的汽油替代品。能源成本值為0075元/MJ,比汽油燃料低參考文獻(xiàn)28.86%。[]周總瑛張抗,王駿.2l世紀(jì)初中國石油需求分析辦4結(jié)論中國地質(zhì),2000,21(8):38-40通過案例分析和比較,我們知道新的考慮燃(2]黃朝關(guān)李志紅.廣西石油資源可供性預(yù)測分析料可再生性的凈能源成本指標(biāo)將燃料的凈能源廣西地質(zhì),2001,14(3):30-32產(chǎn)出、氣態(tài)污染物排放外部成本、生命周期成本 [3]HALL C A S, CLEAVELAND C J, KAUFMAN和能源可再生性綜合成一個統(tǒng)一的指標(biāo),燃料指R. Energy and Resource Quality [M].New York: JohnWiley and Sons. 1986.77-80標(biāo)值越低表明燃料的總體表現(xiàn)越好。與單指標(biāo)比{q張新字陳景艷,交通運輸外部成本評估及內(nèi)部化較,這一新指標(biāo)能夠更全面客觀地評價燃料的優(yōu)北方交通大學(xué)學(xué)報,1999,23(3):17-22劣,可以用于各種新燃料的評價,具有重要的應(yīng)5]胡志遠(yuǎn).燃料乙醇生命周期評價及多目標(biāo)優(yōu)化方法用價值。研究D]上海:上海交通大學(xué),2004同時通過對廣西木薯酒精燃料的分析,我們6] WANG M Q. GREET1- Transportation Fuel-Cyoe知道隨著汽油消耗量的增加、石油儲量的減少,中國煤化工 elopment, Use,on Fuel-Cycle汽油價格將越來越高。在不遠(yuǎn)的將來,考慮到木CNMHlal Laboratory,薯乙醇的可再生性以及乙醇生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,木1999,344