【摘 要】
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采用热裂解将生物质转化为高品质的生物质炭是提升生物质能源品质的有效途径之一。为了制备热值高,物理性能强的高品位成型生物质炭,本文将废塑料与松木屑混合成型的生物质作为原料,选取最佳成型条件进行热解成炭的实验研究。(1)成型生物质的物理性质受到原料混合比例、成型加热速率、成型终温、成型压力等因素的影响。相同成型加热速率下,成型生物质的松弛密度随着松木屑质量分数的提高,而不断增大。相同混合比例下,成型加
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采用热裂解将生物质转化为高品质的生物质炭是提升生物质能源品质的有效途径之一。为了制备热值高,物理性能强的高品位成型生物质炭,本文将废塑料与松木屑混合成型的生物质作为原料,选取最佳成型条件进行热解成炭的实验研究。(1)成型生物质的物理性质受到原料混合比例、成型加热速率、成型终温、成型压力等因素的影响。相同成型加热速率下,成型生物质的松弛密度随着松木屑质量分数的提高,而不断增大。相同混合比例下,成型加热速率过快对生物质的强度则不利,加热速率的升高导致成型生物质耐摔强度的急剧下降。相同成型终温下,松木屑的含量对成型生物质耐摔强度的影响不明显,而废塑料的添加对成型生物质热压的松弛密度有明显改善。相同混合比例下,过低的成型终温则会导致成型生物质松弛密度和耐摔强度的显著下降,过高的成型压力会破坏成型生物质的内部结构,降低其物理性能。综合考虑,对于废塑料与松木屑混合成型的优化参数为:松木屑/废塑料的质量比为3:1,成型加热速率20℃/min,成型终温150℃,成型压力15MPa。(2)在N2气氛下分析了松木屑和废塑料的混合比例、热解温度对成型-热解成炭的孔结构和热值等影响规律。研究得出:热解温度决定了生物质炭的孔隙结构,塑料的添加提升了生物质炭的热值,但是添加量过多会破坏炭的孔隙结构。低于500℃时,生物质炭的成孔率差,微孔小;高于500℃时,生物质炭的比表面积随着热解温度的升高分别由50.559 m2·g-1、50.833 m2·g-1、70.001 m2·g-1增大到103.216 m2·g-1、116.290 m2·g-1、227.896 m2·g-1。在热解温度为600℃时,废塑料适当的添加有助于提升生物质炭的热值,松木屑/废塑料为3:1时,热值由纯木屑的25.1217 MJ·kg-1提升到30.2419 MJ·kg-1,且不影响生物质炭的多孔孔隙结构。但是随着热解温度继续升高至700℃,炭孔隙结构崩塌,热解炭中碱性物质活性降低,燃烧性能变差,热值降低。(3)采用TG、DTG研究分析了添加塑料的成型生物质热解炭的燃烧特性。炭的综合燃烧性能S值随着原料中废塑料添加量的升高而降低,其中纯木屑热解成炭的S值最高,为8.02×1011。添加废塑料会改变成型生物质炭的燃烧过程,纯木屑制备的生物质炭燃烧机理为球形内扩散燃烧,而添加废塑料的生物质炭则是球形化学反应控制燃烧机理。通过对比最佳热解条件下的成型块状和磨碎成粉末状热解炭的动力学分析得到,成型块状生物质炭燃烧反应机理分为3段:温度为393℃~466℃,燃烧反应机理函数为片状内扩散控制机理,温度为467℃~597℃,燃烧反应机理为球形化学反应控制机理,温度为598℃~697℃,燃烧反应机理为圆筒形内扩散机理。
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