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(guó)每年就有約4D00萬(wàn)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(duì)較低。熱解是目前生物質(zhì)研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一,通過(guò)熱解,可以將稻殼轉(zhuǎn)化為高品位的可燃?xì)夂鸵状鎯?chǔ)、運(yùn)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(wú)定形二氧化硅。雖然,稻殼中無(wú)定形二氧化硅含量較高,但對(duì)熱解溫度較為敏感,因此,對(duì)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(duì)稻殼低溫慢速熱解的試驗(yàn)和機(jī)理研究相對(duì)較少,熱解反應(yīng)過(guò)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(kāi)了以下幾個(gè)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(cè)關(guān)系式;討論了稻殼用量、氧彈氧壓和苯甲酸添加量對(duì)稻殼熱值測(cè)試結(jié)果的影響,提出了稻殼熱值測(cè)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(huì)對(duì)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(guò)程,對(duì)稻殼破碎產(chǎn)物——稻殼粉的堆積密度進(jìn)行了測(cè)試,比較了不同粒徑和不同堆積方式下稻殼粉堆積密度測(cè)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(huì)對(duì)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(guò)程以及固相產(chǎn)物特性。對(duì)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(duì)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(shí)間,提出了稻殼熱利用過(guò)程中的收縮和卷曲機(jī)理,指出了稻殼無(wú)定形二氧化硅合理的制備工況。
　　 (3)稻殼低溫慢速熱解動(dòng)力學(xué)模型建立與產(chǎn)物預(yù)測(cè)研究
　　 出于工況優(yōu)化的目的,建立合適的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)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(dòng)力學(xué)模型,并以木塊和單顆粒稻殼為對(duì)象驗(yàn)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(cè),得到了稻殼熱解產(chǎn)物隨時(shí)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(yàn)研究
　　 設(shè)計(jì)并搭建了稻殼固定床低溫慢速熱解試驗(yàn)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(shí)間、氮?dú)馍郎厮俾?、氮?dú)忸A(yù)熱終溫和預(yù)處理對(duì)稻殼固定床低溫慢速熱解過(guò)程的影響。通過(guò)工業(yè)分析、元素分析、比表面積測(cè)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(duì)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(yàn)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(guò)程中,下層稻殼脫水過(guò)程蒸發(fā)的水分以及主要熱解過(guò)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(zhǎng)。下層稻殼主要熱解階段釋放的熱量會(huì)沿層高傳遞給上層稻殼殼脫水和主要熱解過(guò)程所需時(shí)間。同一層高稻殼完成熱解所需時(shí)間主影響,在稻殼固定床低溫慢速熱解過(guò)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