玉米秸秆热解规律的试验研究

可再生能源20056(总第124期)研究与试验玉米新热解规律聊试验研我周新华,齐庆杰,郝宇,吴宪(辽宁工程技术大学土木建筑工程学院,辽宁阜新123000)摘要:用热重分析法对玉米秸秆的热解规律进行了研究,分析了玉米秸秆样品在不同升温速率(5,10,20,30℃/min)、不同温度(250,300,350℃)恒温加热2h条件下热解的试验结果发现样品的非等温失重过程由脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段组成并且在相同条件下,样品的质量对玉米秸秆热解有一定的影响在恒温热解过程中,在不同的恒温温度条件下,秸秆失重曲线形态基本相似,但在300℃条件下,恒温热解的热重曲线与250,350℃条件下恒温热解的热重曲线相比较为平缓。关镳词:生物质;热解;热重分析;升温速率;恒温中图分类号:S2162;TK6文赋标识码;A文章编号: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生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四成为高品位能源就更具有发展前景。近年来,关大能源约占全球总能源消耗的14%,生物质资源于玉米秸秆的热解特性,国内外研究者已提出作为一种相对稳定的可再生资源已为世界各国所些有价值的结论和见解。本文针对玉米秸秆重视。在我国农村地区,生物质能的利用比例更大,在线性升温和恒温条件下的热解特性进行了研约占农村总能耗的43%。玉米秸秆作为生物质的究,为深入研究玉米秸秆热解机理提供了基本主要组成部分,其利用形式也越来越受到人们的数据。关注。在这种背景下,发展生物质能转化技术使之1试中国煤化工收稿日期:2005-07-21KYHCNMHG基金项目:辽宁工程技术大学校基金资助项目(04A01004)作者简介:周新华(1975-),男,硕士研究生,讲师,主要从事生物质热解规律及燃烧过程中污染物析出规律等方面的研究研究与试验RENEWABLE ENERGY No 6 2005(124 Issue in All)1.1试验样品量余事91.1级对应孟度1.T℃选用我国东北地区的玉米秸秆为试验样品。项量剩余1.505对应遥度219℃在试验前,将秸秆在自然条件下风干,然后用粉碎机反复粉碎,过22目筛子,取筛下物作为试验质量剩余摹364对应温度244.℃样品。质量剩余率毛对应通度引11.2试验设备与试验方法本次试验采用德国耐驰公司生产的NETZSCH STA449C热重分析仪,用Al4O3坩埚作为图1玉米秸秆在升温速率为5℃/mn的热解曲线试验坩埚。试验时,将样品放入坩埚中,通人高纯质量剩余12.76对应温度11.℃度N2(保护气流量为10m/min,吹扫气流量为质量剩余率.16对应温度1.代℃50m/min)。试验开始时,先通入N2约10min,将加热区的空气赶出去后,再打开热天平的电源质量剩余率]7.44对应温度34质量制余率411对样品进行加热,并继续通入N2。在线性升温试应温度654.验中,分别采用5,10,20,30℃/min的升温速率度℃终温控制在1000℃;在恒温试验中,分别在图2玉米秸秆在升遥速率为10℃/mm的热解曲线250,300,350℃恒温加热2h条件下进行试验。在试验中,由与热天平相连的计算机自动记录相质量制余率9非对应遥度1牝关的试验数据,并由其自带的分析软件进行数据量剩余率1.4对丘温度251.处理。试验完成后,继续通入N2直到样品冷却。每顺量剩余率36.2对应温度31窕次试验均在相同条件下做基线,然后在基线的基剩余率5温度0t础上进行试验,以此来消除试验误差。2试验结果及试验分析,而品遥度℃2.1线性升温条件下TGTt曲线图图3玉米秸秆在升温速率为20℃/min的热解曲线热重分析仪测定的玉米秸秆在不同升温速质量剩余率911对应度10,究率下的试验结果如图1-4所示。从图1~4可以明面量剽余率日.41对应温度251.6℃显看出,玉米秸秆在不同升温速率下的热解规律顺量剩章率34.45对应最度319.℃基本相似。其热解过程随着温度的升高大致可分水量剩余率4为以下4个阶段:第1阶段的温度为30~110℃,对直遥度62其失重率约为总质量的8%左右,此阶段失重是由水分析出引起的;第2阶段的温度为110~250℃,其失重率约为总质量的6%;第3阶段的温度4五米秸秆在升温邀率为30℃/m的热解曲线为250~360℃,并且随着升温速率的增加,此阶22恒温条件下TGt曲线图段的终止温度向高温方向偏移,其失重率约为总热重分析仪测定的玉米秸秆在不同温度条件质量的50%;第4阶段的温度为350~1000℃,随下恒温热解的试验结果如图5所示。在图5中3着升温速率的增加,此阶段的终止温度向高温方向偏移更加严重,秸秆失重率约为其总质量的E饗30%。在第4阶段,当升温速率为5℃/min时,在500℃附近就会出现失重平台;升温速率为10℃/min时,在660℃附近出现失重平台;升温速率中国煤化工为20℃/min时,在800℃附近出现失重平台;而CNMHG 12 140 16当升温速率为30℃/min时,温度达到960℃时仍未出现明显的失重平台。图5玉米秸秆在不同条件下的恒温热解曲线再生能源20056(总第124期)研究与试验条热重曲线从上至下依次为250,300,350℃条为30℃/min,反应温度接近1000℃时,其热解件下恒温热解2h的TG曲线。从图5中可以明过程未出现明显的失重平台。显看出,玉米秸秆在250℃条件下恒温热解2h,③在恒温热解试验中,恒温段的温度对玉米其TG曲线比较平缓,无明显的失重过程,到反应秸秆TG曲线的形态影响较大。在250℃条件下终点时,其失重为总质量的60%;在300℃条件恒温热解,其TG曲线整个过程比较平缓;而在下恒温热解2h,前20min其失重过程比较剧300℃和350℃条件下恒温热解,其TG曲线在烈,其失重为总质量的58%,第20mn到反应终起始阶段均有明显的失重过程,在以后的阶段其点,其TG曲线则比较平缓,到反应终点时,其失TG曲线才趋于平缓。重为总质量的75%;在350℃条件下恒温热解2④通过比较玉米秸秆在线性升温和恒温条件h,前15min其失重过程比较剧烈,其失重为总质下热解的Tc曲线可以看出,在250-350℃有一量的65%,第15min到反应终点,其TG曲线则个剧烈失重的温度区间,这一点对玉米秸秆的利比较平缓,到反应终点时,其失重为总质量的用有一定的指导意义。参考文献3结论[伟,奚同庚热分析质谱法M上海:上海科学技通过对在不同条件下玉米秸秆的热解试验术文献出版社2002研究我们可以得出如下结论。[2]赖艳华,吕明新,马春元,等程序升温下秸秆类生物①玉米秸秆在不同的升温速率条件下进行质燃料热解规律燃料科学与技术,2001,7(3):245-线性升温热解,其TG曲线形态基本相似,其热解过程可以分为4个阶段,这一点与他人的研究成于,章明川,沈铁,等,生物质热解特性的热重研究果基本相似,依此可以推断玉米秸秆中半纤维门上海交通大学学报,200236(10):1475-1478.素、纤维素、木质素的含量分别为6%,50%4蒋剑春沈兆邦生物质热解动力学研究门林产化学与工业,2003,23(4):1-630%②不同的升温速率条件对玉米秸秆的热解5]江淑琴生物质材料的燃烧与热解特性太阳能学报,1995,16(1):23-27过程影响较大,随着升温速率的增加TG曲线各1刘乃安生物质材料热解失重动力学及其分析方法研阶段的终止温度向高温方向偏移。当升温速率究D]合肥:中国科学技术大学2000(上接第20页)木薯乙醇燃料考虑可再生性的净薯乙醇是潜在的汽油替代品。能源成本值为0075元/MJ,比汽油燃料低参考文獻28.86%。[]周总瑛张抗,王骏.2l世纪初中国石油需求分析办4结论中国地质,2000,21(8):38-40通过案例分析和比较,我们知道新的考虑燃(2]黄朝关李志红.广西石油资源可供性预测分析料可再生性的净能源成本指标将燃料的净能源广西地质,2001,14(3):30-32产出、气态污染物排放外部成本、生命周期成本 [3]HALL C A S, CLEAVELAND C J, KAUFMAN和能源可再生性综合成一个统一的指标,燃料指R. Energy and Resource Quality [M].New York: JohnWiley and Sons. 1986.77-80标值越低表明燃料的总体表现越好。与单指标比{q张新字陈景艳,交通运输外部成本评估及内部化较,这一新指标能够更全面客观地评价燃料的优北方交通大学学报,1999,23(3):17-22劣,可以用于各种新燃料的评价,具有重要的应5]胡志远.燃料乙醇生命周期评价及多目标优化方法用价值。研究D]上海:上海交通大学,2004同时通过对广西木薯酒精燃料的分析,我们6] WANG M Q. GREET1- Transportation Fuel-Cyoe知道随着汽油消耗量的增加、石油储量的减少,中国煤化工 elopment, Use,on Fuel-Cycle汽油价格将越来越高。在不远的将来,考虑到木CNMHlal Laboratory,薯乙醇的可再生性以及乙醇生产技术的发展,木1999,344