糠醛渣热解特性的研究

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1、糠醛渣热解特性的研究王擎，侯凤云，孙东红，苏桂秋，孙键（东北电力学院,吉林，吉林，132012）1摘要以糠醛渣为研究对象，应用热重分析法，以高纯氮气为载气对其进行了详细的热重分析试验。结果表明糠醛渣热解随温度升高经历五个不同阶段，表现了糠醛渣热解的复杂性。通过对5°C/min>20°C/min、50°C/min和80°C/min的升温速率及不同粒径下的失重曲线进行的对比表明，随着升温速率和粒径的增大，糠醛渣热解的初始温度增大，热解向高温侧移动。最后根据实验数据建立了热解动力学模型，并对数学模型进行了求解，得到了糠醛渣热解反应的动力学参数，表明糠醛渣热解属三级反应。关键词：糠醛渣；热解；热重分析

2、；动力学中图分类号：TK6文献标识码：A我国石油、天然气资源不足[1],煤炭虽然储量丰富，但由燃烧引起的大气污染H趋严重。生物质以其可再生及低污染的特点越来越受到广泛的关注。另一方面，我国农村人口占70%以上，生物质资源丰富，占一次能源总量的33%,是仅次于煤的第二大能源。但目前我国生物质大都用于直接燃烧或废弃丁•农田，造成这一资源的浪费和环境污染。生物质的清洁转化引起世界各国的高度重视，热解是使其转化为气体和液体燃料的有效途径。有关牛物质的热解气化己有许多实验和理论研究[2〜4],但关于糠醛渣热解特性的研究还很少见报道。糠醛渣是玉米芯经水解生产糠醛（咲喃甲醛）的副产品,目前我国共有140多个

3、糠醛生产厂家，糠醛总产量约10余万t/a,而糠醛废渣的产量就达约130余万t/a。目前大都采用堆积或挖坑倾倒的方法处理，既浪费了人力财力、污染了环境，乂占用了大量土地，使这些低质生物质能源白白浪费。废渣作为燃料被利用，不但解决了环保问题，而且节约能源，经济效益显著。本文利用热重分析的方法研究糠醛渣热解特性，为设计和开发高效的糠醛渣处理装置提供了理论依据。2试验设备和试验条件2.1试验样品试验采用的样品为山四省阳高糠醛厂生产的糠醛废渣，其工业分析及元素分析的结果见表2・1。试样经研磨筛选，粒径变化范围在Omm〜0.5mmZ间。表2-1糠醛渣的工业分析和元素分析Table2-1Proximatea

4、ndultimateanalysesoffurfuralresiduesProximateanalysisw%Ultimateanalysisw%Qnet,ar/(kJkg-1)MtAarVarFCarCarHarNarOarSt,ar9.8810.8654.4824.7847.515.340.5225.070.82153712.2试验设备和试验方法试验采用美国PerkinElmer公司生产的Pyris1TGA热重分析仪，样品重量在9mg以内，载气高纯氮气流量80mL/min,主要用来保护炉内的惰性反应气氛，同时及时将糠醛渣热解产生的挥发性产物带离样品，从而减少了由于二次反应对试样瞬时重量带来

5、的影响。升温速率变化范围在5°C/min〜80°C/min,热解终温为980°Co试验开始时，氮气在一定压力下进入热天平将加热区的空气驱出，稳定后称样品的重量，而后进行加热，并继续通入氮气。升温速率分别为5°C/min,20°C/min,50°C/min,80°C/mino实验中，热天平自动记录重量的变化信号。3试验结果和分析3.1热解过程及热解动力学曲线一般认为，所有的生物质都是由纤维素、半纤维素和木质索三种主要成分以及各种提取物或附加成分和灰分组成的[5],糠醛渣也不例外。糠醛渣加热后会发生热解，生成可燃气体（主要成分为CO,H2,C02,CH4,CnHm等）、焦油和多孔固体焦炭。以升温速

6、率为20min的热解失重曲线（TG曲线）及相对应的失重微商曲线（DTG曲线）为代表来分析糠醛渣热解过程，示于图3-lo由图中的TG曲线可以看出，糠醛渣的热解经历了几个不同的阶段，可以分为五个区域。0艺乡g二壬一0莖400600tguu-%/isoolooo6Temperature12图3-1糠醛渣热解失重过程曲线Figure3-1Weightlesscoursecurveoffurfuralresiduespyrolysis第一个阶段是从初温到110°C左右，TG曲线下滑，DTG曲线出现小峰，称为干燥阶段。在该区域中，糠醛渣主要脫除水分和其他吸附气体。随后的第二阶段是从110°C到225°C,

7、这一过程中发生了微量失重，失重曲线儿乎成一平台,这时糠醛渣内水分基本析出完毕，而有机成分的热分解还没开始。当加热到大约225°C以后糠醛渣中的有机组分才发生较人的热分解而形成较人的失重。同吋可以看出，有机组分的热分解表现出明显的两阶段性，其失重明显阶段的温度范围约在225°C〜380°C之间，也就是热解反应的第三阶段。在此温度区，虽然反应所处的温度较低，但热解反应的速度较快，致使失重量很大，占整个