玉米秸秆热解规律的试验研究

可再生能源20056(总第124期)研究与试验玉米秸新热解规律聊试验研置周新华,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。关键词:生物质;热解;热重分析;升温速率;恒温中图分类号:S216.2;TK6文献标识码;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℃、300℃、350℃), the re-sults show that the unisothemal weightlessness process of the sample is made up of fourinclude the deprivation dramatic weightlessness and slow weightlessness and italso shows that the mass of samples has effect on the pyrolysis of corn-straw at the sameonditions. During the pyrolysis process of isothermal temperature, the corn-straw's 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,为深人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试验设备及试验条件收稿日期:2005-07-21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,硕土研究生,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试验样品重量射余事92.1级对应温度1T选用我国东北地区的玉米秸秆为试验样品。看量剩章率1.501对应遥度119℃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,取筛下物作为试验重量射余31.641对应灌度244.℃样品。质量剩余率4应温度5141.2试验设备与试验方法1转441:l本次试验采用德国耐驰公司生产的NETZSCH STA449热重分析仪,用AlO3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,通入高纯项量别余率52.76对应温度11.℃度N2(保护气流量为10m/min,吹扫气流量为量余慧16对应温度13.℃50ml/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31.4对应盖度154.质量剩余率41对样品进行加热,并继续通入N2。在线性升温试对应温度64.℃验中,分别采用5,10,20,30℃/min的升温速率终温控制在1000℃;在恒温试验中,分别在图2玉米秸秆在升温速率为10℃/min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摹9对应温度]关的试验数据,并由其自带的分析软件进行数据量剩余.4对应遥度251,1℃处理。试验完成后,继续通入N2直到样品冷却。每质量剩余事35.28对应温度31把次试验均在相同条件下做基线,然后在基线的基对直通度L.罚C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2.1线性升温条件下TCTt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剽余事91对应遥度10究率下的试验结果如图1-4所示。从图1~4可以明看量剽食率141对应度2.℃显看出,玉米秸秆在不同升温速率下的热解规律质量剩余率34,45对课度31.5℃基本相似。其热解过程随着温度的升高大致可分直遥度形62为以下4个阶段:第1阶段的温度为30-110℃,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逼度℃℃,其失重率约为总质量的6%;第3阶段的温度图4五米秸秆在升温速率为30℃/m的热解曲线为250~360℃,并且随着升温速率的增加,此阶2.2恒温条件下TG-t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30%。在第4阶段,当升温速率为5℃/mn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;升温速率为20℃/min时,在800℃附近出现失重平台;而当升温速率为30℃/min时,温度达到960℃时逼时同in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2h③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20min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15mn其失重过程比较剧烈,其失重为总质下热解的TG曲线可以看出,在250-350℃有量的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。90%参考文献3结论[陆昌伟,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248.过程可以分为4个阶段,这一点与他人的研究成于姻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小上海交通大学学报,2002,36(10):1475-1478.素、纤维素、木质素的含量分别为6%,50%,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):1-6②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曲线各间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》》》》》》》》》》D》2》》》》》》方》》方》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》(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/M,比汽油燃料低参考文献:28.86%。[周总瑛张抗,王骏.2l世纪初中国石油需求分析结论中国地质,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门料可再生性的净能源成本指标将燃料的净能源西地质,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,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: John标值越低表明燃料的总体表现越好。与单指标比{张新字陈景艳,交通运输外部成本评估及内部化U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]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.CRET15 ansportation Fuel-Cycle知道随着汽油消耗量的增加、石油储量的减少and Results[R]. GREET1.5-Transportation Fuel-Cycle汽油价格将越来越高。在不远的将来,考虑到木Model, ANL/ESD-39, Argonne National Laboratory薯乙醇的可再生性以及乙醇生产技术的发展,木1999,3444