糠醛渣熱解特性的研究

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1、糠醛渣熱解特性的研究王擎，侯鳳云，孫東紅，蘇桂秋，孫鍵（東北電力學(xué)院,吉林，吉林，132012）1摘要以糠醛渣為研究對(duì)象，應(yīng)用熱重分析法，以高純氮?dú)鉃檩d氣對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的熱重分析試驗(yàn)。結(jié)果表明糠醛渣熱解隨溫度升高經(jīng)歷五個(gè)不同階段，表現(xiàn)了糠醛渣熱解的復(fù)雜性。通過(guò)對(duì)5°C/min>20°C/min、50°C/min和80°C/min的升溫速率及不同粒徑下的失重曲線進(jìn)行的對(duì)比表明，隨著升溫速率和粒徑的增大，糠醛渣熱解的初始溫度增大，熱解向高溫側(cè)移動(dòng)。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了熱解動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了求解，得到了糠醛渣熱解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，表明糠醛渣熱解屬三級(jí)反應(yīng)。關(guān)鍵詞：糠醛渣；熱解；熱重分析

2、；動(dòng)力學(xué)中圖分類(lèi)號(hào)：TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A我國(guó)石油、天然氣資源不足[1],煤炭雖然儲(chǔ)量豐富，但由燃燒引起的大氣污染H趨嚴(yán)重。生物質(zhì)以其可再生及低污染的特點(diǎn)越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。另一方面，我國(guó)農(nóng)村人口占70%以上，生物質(zhì)資源豐富，占一次能源總量的33%,是僅次于煤的第二大能源。但目前我國(guó)生物質(zhì)大都用于直接燃燒或廢棄丁?農(nóng)田，造成這一資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染。生物質(zhì)的清潔轉(zhuǎn)化引起世界各國(guó)的高度重視，熱解是使其轉(zhuǎn)化為氣體和液體燃料的有效途徑。有關(guān)牛物質(zhì)的熱解氣化己有許多實(shí)驗(yàn)和理論研究[2?4],但關(guān)于糠醛渣熱解特性的研究還很少見(jiàn)報(bào)道?？啡┰怯衩仔窘?jīng)水解生產(chǎn)糠醛（咲喃甲醛）的副產(chǎn)品,目前我國(guó)共有140多個(gè)

3、糠醛生產(chǎn)廠家，糠醛總產(chǎn)量約10余萬(wàn)t/a,而糠醛廢渣的產(chǎn)量就達(dá)約130余萬(wàn)t/a。目前大都采用堆積或挖坑傾倒的方法處理，既浪費(fèi)了人力財(cái)力、污染了環(huán)境，乂占用了大量土地，使這些低質(zhì)生物質(zhì)能源白白浪費(fèi)。廢渣作為燃料被利用，不但解決了環(huán)保問(wèn)題，而且節(jié)約能源，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本文利用熱重分析的方法研究糠醛渣熱解特性，為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)高效的糠醛渣處理裝置提供了理論依據(jù)。2試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件2.1試驗(yàn)樣品試驗(yàn)采用的樣品為山四省陽(yáng)高糠醛廠生產(chǎn)的糠醛廢渣，其工業(yè)分析及元素分析的結(jié)果見(jiàn)表2?1。試樣經(jīng)研磨篩選，粒徑變化范圍在Omm?0.5mmZ間。表2-1糠醛渣的工業(yè)分析和元素分析Table2-1Proximatea

4、ndultimateanalysesoffurfuralresiduesProximateanalysisw%Ultimateanalysisw%Qnet,ar/(kJkg-1)MtAarVarFCarCarHarNarOarSt,ar9.8810.8654.4824.7847.515.340.5225.070.82153712.2試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法試驗(yàn)采用美國(guó)PerkinElmer公司生產(chǎn)的Pyris1TGA熱重分析儀，樣品重量在9mg以?xún)?nèi)，載氣高純氮?dú)饬髁?0mL/min,主要用來(lái)保護(hù)爐內(nèi)的惰性反應(yīng)氣氛，同時(shí)及時(shí)將糠醛渣熱解產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物帶離樣品，從而減少了由于二次反應(yīng)對(duì)試樣瞬時(shí)重量帶來(lái)

5、的影響。升溫速率變化范圍在5°C/min?80°C/min,熱解終溫為980°Co試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，氮?dú)庠谝欢▔毫ο逻M(jìn)入熱天平將加熱區(qū)的空氣驅(qū)出，穩(wěn)定后稱(chēng)樣品的重量，而后進(jìn)行加熱，并繼續(xù)通入氮?dú)?。升溫速率分別為5°C/min,20°C/min,50°C/min,80°C/mino實(shí)驗(yàn)中，熱天平自動(dòng)記錄重量的變化信號(hào)。3試驗(yàn)結(jié)果和分析3.1熱解過(guò)程及熱解動(dòng)力學(xué)曲線一般認(rèn)為，所有的生物質(zhì)都是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)索三種主要成分以及各種提取物或附加成分和灰分組成的[5],糠醛渣也不例外?？啡┰訜岷髸?huì)發(fā)生熱解，生成可燃?xì)怏w（主要成分為CO,H2,C02,CH4,CnHm等）、焦油和多孔固體焦炭。以升溫速

6、率為20min的熱解失重曲線（TG曲線）及相對(duì)應(yīng)的失重微商曲線（DTG曲線）為代表來(lái)分析糠醛渣熱解過(guò)程，示于圖3-lo由圖中的TG曲線可以看出，糠醛渣的熱解經(jīng)歷了幾個(gè)不同的階段，可以分為五個(gè)區(qū)域。0藝鄉(xiāng)g二壬一0莖400600tguu-%/isoolooo6Temperature12圖3-1糠醛渣熱解失重過(guò)程曲線Figure3-1Weightlesscoursecurveoffurfuralresiduespyrolysis第一個(gè)階段是從初溫到110°C左右，TG曲線下滑，DTG曲線出現(xiàn)小峰，稱(chēng)為干燥階段。在該區(qū)域中，糠醛渣主要脫除水分和其他吸附氣體。隨后的第二階段是從110°C到225°C,

7、這一過(guò)程中發(fā)生了微量失重，失重曲線兒乎成一平臺(tái),這時(shí)糠醛渣內(nèi)水分基本析出完畢，而有機(jī)成分的熱分解還沒(méi)開(kāi)始。當(dāng)加熱到大約225°C以后糠醛渣中的有機(jī)組分才發(fā)生較人的熱分解而形成較人的失重。同吋可以看出，有機(jī)組分的熱分解表現(xiàn)出明顯的兩階段性，其失重明顯階段的溫度范圍約在225°C?380°C之間，也就是熱解反應(yīng)的第三階段。在此溫度區(qū)，雖然反應(yīng)所處的溫度較低，但熱解反應(yīng)的速度較快，致使失重量很大，占整個(gè)