不同温度下棉杆颗粒热解制炭的性能研究

为了考察不同热解温度下制备的棉杆颗粒炭(CSPB)的理化性能,评价其农业、工业等不同领域的应用价值和最佳工艺条件.分别采用FTIR分析、元素及工业分析、燃烧测试方法对热解温度在300℃、400℃、450℃、500℃、600℃下制备的CSPB的官能团、元素含量、表观特性及燃烧性能进行研究.结果表明,随着热解温度的升高,CSPB中羟基、脂肪族C-H键、羰基、醚类C-O键等含量逐渐减少,芳香族C=C键逐渐增多,与粉末炭相比其波数在2 000 cm1以下的官能团峰值较大.热解温度对CSPB的性能影响显著,高温颗粒炭有较高的碳含量、固定碳含量、p H值、导电性和持水量,但其跌落强度、质量得率、能量得率、固定碳得率均相对较低,且高温颗粒炭的灰分大、着火点较高.综合考虑450℃热解温度下制备的CSPB性能较好,适用于颗粒活性炭、固体燃料等二次加工产品.

棉秸秆含水率及粒径对颗粒燃料性能的影响

以棉秸秆为原料,利用环模式颗粒成型机制备颗粒燃料,通过研究原料粒径及含水率的变化对颗粒燃料的成粒率、长度、直径、颗粒密度、机械耐久性、灰分及低位发热值的影响规律,探索棉秸秆颗粒燃料的较佳制备方法.结果表明：原料的含水率及粒径对颗粒燃料的基本性能有明显的影响,当原料含水率控制在20％左右,原料粒径为2～4mm时,颗粒燃料显示出了较佳的性能特征,具有较大的商业推广价值.

水热氧化预处理对棉秆成型颗粒理化性质的影响

以棉秆为研究对象,经180~280℃水热氧化预处理后热压制备成型颗粒。利用热重分析、X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等分析手段,考察了水热氧化预处理温度对棉秆成型颗粒理化性能及燃烧性能的影响。结果表明:随着水热氧化温度的升高,棉秆的固相产物产率降低,半纤维素于180℃之前完全分解,无定形纤维素于200℃完全分解,结晶纤维素于260℃完全分解,水热氧化固相产物的纤维素结晶度呈现逐渐减小的趋势,而木质素相对含量增加;棉秆成型颗粒的固定碳含量、热值和能量密度增加,但燃烧性能变差。水热氧化预处理后棉秆成型颗粒的表观密度保持在1300kg/m^(3)左右,抗压强度则随着水热氧化温度的增加而下降,其中180℃水热氧化预处理后棉秆成型颗粒的抗压强度相比原料成型燃料增加了183.33%。本研究范围内,经180℃水热氧化预处理后获得的棉杆成型颗粒的燃烧性能和物理性能最佳,其热值为17.76MJ/kg,能量密度为23.44GJ/m^(3),抗压强度达11.90MPa,可作为优质生物质成型燃料使用。

棉秆与竹材颗粒燃料成型工艺及其性能的研究

以棉秆和竹材为原料制备颗粒成型燃料,采用成型燃料密度为评价指标,进行成型温度、压力及时间为影响因子的3因素3水平正交试验,对两种原料颗粒的成型工艺分别进行研究。结果表明,成型温度和时间为颗粒成型的主要影响因素,结合棉秆和竹材颗粒燃料挥发分、灰分、固定碳及热值的测定,优选成型工艺参数为:成型温度190℃,热压压力32 MPa,成型时间90 s。

添加剂对棉秆成型颗粒热解特性影响

以棉秆为原料,探究木质素磺酸钙、羧甲基纤维素、Ca(OH)2、膨润土、硅藻土和高岭土对成型颗粒热解特性的影响。结果表明:无机添加剂的加入使挥发分的析出变难,而羧甲基纤维素可促进棉秆的低温热解,同时成型颗粒的热解机理函数满足扩散模型中的Zhuravlev等式,且加入木质素磺酸钙有利于降低棉秆成型颗粒热解的活化能。利用小型石英反应装置对成型颗粒进行500℃的快速热解,发现Ca(OH)2可减少13%的乙酸生成,高岭土的加入使气体产物中H2、CO2、CH4、CO的总含量减少约21%,膨润土则可促进热解生物油中烃类物质的生成。

成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究

分别将棉杆、木屑两种单一的生物质原料及其混合原料成型(炭化压力60 MPa)造粒,并于固定床热解炉内对成型生物质进行炭化实验,分析炭化温度(400、500和600℃)及棉杆的掺混比例对成型炭理化性能的影响。研究表明:物理特性方面,随着炭化温度的升高,生物质成型炭的表观密度和抗压强度均呈先减小后增大的趋势;相同炭化温度条件下,随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的表观密度增大,但抗压强度呈先减小后增大的趋势;化学特性方面,随着炭化温度的升高,成型炭的热值增加,但燃烧特性变差,灰分产率增加;随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的燃烧特性改善,但热值降低,灰分产率增加;通过先成型再炭化制得的成型炭灰分和固定碳产率均优于欧盟标准EN1860-2:2005;在炭化温度为400、500和600℃时成型生物质中至少含有20%、40%和60%的棉杆可使其燃烧特性指标优于商用烧烤炭。