稻殼低溫慢速熱解機(jī)理研究.pdf

1、稻殼是重要的農(nóng)業(yè)廢棄物之一,僅中國每年就有約4D00萬噸的產(chǎn)量。作為一種可再生的生物質(zhì)資源,稻殼通常用作燃料直接燃燒以提供熱量,但利用品位相對較低。熱解是目前生物質(zhì)研究的熱點技術(shù)之一,通過熱解,可以將稻殼轉(zhuǎn)化為高品位的可燃?xì)夂鸵状鎯?、運輸且能量密度高的焦油,以及工業(yè)上需求量很大的活性炭和具有高附加值的無定形二氧化硅。雖然,稻殼中無定形二氧化硅含量較高,但對熱解溫度較為敏感,因此,對稻殼進(jìn)行低溫慢速熱解以獲得更多的固相產(chǎn)物,并將氣、液相產(chǎn)

2、物作為副產(chǎn)品加以利用是一種合理的技術(shù)途徑。目前針對稻殼低溫慢速熱解的試驗和機(jī)理研究相對較少,熱解反應(yīng)過程和機(jī)理尚不明確,本學(xué)位論文圍繞稻殼低溫慢速熱解展開了以下幾個方面的工作:
　　 (1)原始稻殼基本特性研究
　　 從能源利用角度,建立了基于工業(yè)分析結(jié)果的生物質(zhì)碳、氫和氧含量三元預(yù)測關(guān)系式;討論了稻殼用量、氧彈氧壓和苯甲酸添加量對稻殼熱值測試結(jié)果的影響,提出了稻殼熱值測試的參考方法。從低溫慢速熱解角度,考慮到稻殼粒徑和

3、堆積方式不同會對床層孔隙率和傳熱等特性產(chǎn)生影響,從而影響稻殼固定床低溫慢速熱解過程,對稻殼破碎產(chǎn)物——稻殼粉的堆積密度進(jìn)行了測試,比較了不同粒徑和不同堆積方式下稻殼粉堆積密度測試結(jié)果的差異,并分析了差異成因。
　　 (2)浸泡稻殼基本特性研究
　　 水浸泡預(yù)處理會對稻殼基本特性產(chǎn)生影響,從而影響稻殼固定床低溫慢速熟解過程以及固相產(chǎn)物特性。對浸泡前后稻殼的燃燒特性、收縮和卷曲特性以及稻殼灰中二氧化硅品質(zhì)對灰化參數(shù)的敏感性進(jìn)

4、行深入研究,確定了經(jīng)濟(jì)的浸泡水量和浸泡時間,提出了稻殼熱利用過程中的收縮和卷曲機(jī)理,指出了稻殼無定形二氧化硅合理的制備工況。
　　 (3)稻殼低溫慢速熱解動力學(xué)模型建立與產(chǎn)物預(yù)測研究
　　 出于工況優(yōu)化的目的,建立合適的動力學(xué)模型對指導(dǎo)稻殼低溫慢速熱解具有十分重要的意義。綜合考慮氣、固相產(chǎn)物以及二次反應(yīng)沉積系數(shù),建立了改進(jìn)的熱解動力學(xué)模型,并以木塊和單顆粒稻殼為對象驗證了模型的準(zhǔn)確性。最后,將該模型應(yīng)用于稻殼低溫慢速熱解

5、產(chǎn)物分布的預(yù)測,得到了稻殼熱解產(chǎn)物隨時間以及升溫速率的變化規(guī)律。
　　 (4)稻殼固定床低溫慢速熱解試驗研究
　　 設(shè)計并搭建了稻殼固定床低溫慢速熱解試驗系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,深入研究了反應(yīng)室壓力、原料含水量、熱解時間、氮氣升溫速率、氮氣預(yù)熱終溫和預(yù)處理對稻殼固定床低溫慢速熱解過程的影響。通過工業(yè)分析、元素分析、比表面積測試、灰形貌分析和二氧化硅相態(tài)分析等手段討論了不同熱解條件對炭化稻殼特性的影響。
　　 (5)稻殼

6、固定床低溫慢速熱解機(jī)理研究
　　 基于大量試驗結(jié)果,提出了稻殼固定床低溫慢速熱解機(jī)理:在稻熱解過程中,下層稻殼脫水過程蒸發(fā)的水分以及主要熱解過程析出的上層稻殼中冷凝,使得上層稻殼中的水分和焦油含量增加,脫水和主間延長。下層稻殼主要熱解階段釋放的熱量會沿層高傳遞給上層稻殼殼脫水和主要熱解過程所需時間。同一層高稻殼完成熱解所需時間主影響,在稻殼固定床低溫慢速熱解過程中,水分和焦油的凝結(jié)是決定要熱解階段,由于稻殼內(nèi)外表皮二氧化硅的不均