999精品在线视频,手机成人午夜在线视频,久久不卡国产精品无码,中日无码在线观看,成人av手机在线观看,日韩精品亚洲一区中文字幕,亚洲av无码人妻,四虎国产在线观看 ?

保溫時間與粒度對稻稈和棉稈熱解產物組成及能量轉化影響

2018-11-23 07:51:28牛文娟洪自宇劉佳政牛智有
農業工程學報 2018年22期
關鍵詞:生物

牛文娟,阮 楨,鐘 菲,洪自宇,劉佳政,牛智有

?

保溫時間與粒度對稻稈和棉稈熱解產物組成及能量轉化影響

牛文娟1,阮 楨1,鐘 菲2,洪自宇1,劉佳政1,牛智有1※

(1.農業部長江中下游農業裝備重點實驗室,華中農業大學工學院,武漢 430070; 2. 湖北工程學院化學與材料科學學院,孝感 432000)

熱解炭化技術的開發對秸稈的能源化利用具有重要意義。試驗研究了保溫時間與粒度對水稻和棉花秸稈熱解產物理化特性及能源轉化的影響。結果表明,保溫時間從0到120 min中,秸稈生物炭產率先降低后略增加,熱解氣中CH4、CnHm和H2百分含量增加,其高位熱值和能量轉化率增加,而生物炭的pH值、電導率、灰分、固定碳、C、高位熱值增加,保溫時間為90min的生物炭的炭化程度最好。秸稈中能量有1.5%~5.4%保留在熱解氣中,有50%~57%保留在生物炭中。不同粒度相比,粗粉秸稈的生物炭的炭產率、揮發分、H、O、N及碳轉化率最高,細粉秸稈熱解氣中CO和CH4百分含量、高位熱值和能量轉化率最高,而超微秸稈生物炭的pH值、灰分、C最高。棉花秸稈生物炭的揮發分、固定碳、C、H、碳轉化率、高位熱值和能量轉化率高于水稻秸稈生物炭。

秸稈;熱解;生物炭;保溫時間;粒度;能源轉化

0 引 言

隨著化石能源的急劇消耗和環境污染的加劇,開發秸稈的高效轉化利用技術對緩解能源危機和保護生態環境具有重要意義。中國秸稈資源豐富,秸稈年產出量為8.42億t,其中,水稻和棉花秸稈的年產出量分別為1.19和0.22億t[1-2]。熱解炭化技術是一種有效的生物質熱轉化技術,可以獲得生物炭、熱解氣和液體油等高附加值產品[3-4]。秸稈中的碳元素大約占35%~55%,是生產生物炭和清潔能源氣體的理想原料[5-6]。生物炭通常含有較高的固定碳和較強的穩定性,高附加值氣體也具有重要的研究價值和應用前景[7]。秸稈熱解產物的理化特性和能源轉化效率已成為清潔能源領域的研究熱點[8]。

秸稈熱解技術受反應條件和原料特性的影響,保溫時間、顆粒大小和秸稈種類對秸稈熱解產物和能源轉化影響較大[9-10]。研究發現,在低溫下隨著保溫時間的增加,生物炭產量降低[11-12]。不同粒度的秸稈熱解產物的理化性質也會產生差異,粒徑和形狀常左右著熱解速率與傳質傳熱速率,影響顆粒內外加熱速率的不均和溫度的不均衡[9,13]。秸稈種類繁多,其密度、導熱率對熱解的影響十分復雜,往往與熱解溫度、保溫時間和升溫速率等外部特征產生交互作用[14-15]。碳轉化率和能量轉化率是秸稈熱解過程中能源轉化的主要評價指標,反映了秸稈熱解過程中的質量平衡和能量平衡。秸稈熱解的氣體產物和生物炭可以帶來實質性的環境效益與經濟效益[8]。因此,研究不同熱解條件和原料屬性的秸稈熱解產物的分布規律、品質特性和能源轉化過程,對高效利用秸稈資源具有重要意義。

本文開展了不同保溫時間下粗粉、細粉和超微粉碎的水稻和棉花秸稈的熱解試驗,探討了保溫時間與粒度對水稻和棉花秸稈熱解產物理化特性的影響,分析了熱解氣和生物炭的組成成分和能源轉化率,為進一步優化秸稈熱解工藝和熱解產物的能源化利用奠定了重要的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 秸稈的采集與制備

從華中農業大學試驗田采集水稻秸稈和棉花秸稈各5 kg,于室外晾曬后,將秸稈切斷至10 cm,樣品混勻后放入45 ℃烘箱中烘36 h,在105 ℃烘箱中烘12 h,直至恒質量[16]。1)粗粉秸稈的制備:將干燥的秸稈采用9FQ-320型粉碎機進行粗粉,粗粉粒徑至2 cm左右,粗粉樣品混合均勻;2)細粉秸稈的制備:取2/3的粗粉秸稈,用RT-34研磨粉碎機進行細粉,全部過40目篩,細粉平均粒徑至0.45 mm左右,細粉樣品混合均勻;3)超微秸稈的制備:將1/2細粉秸稈進行超微,置于DECO-PBM-V-0.8L行星球磨粉碎機中,超微粉碎6 h,氧化鋯球為磨介,球料比2:1,最后超微粉碎秸稈的平均粒徑為15m左右。

1.2 儀器設備

9FQ-320型粉碎機(廣州標誠機械有限公司);RT-34研磨粉碎機(臺灣);DECO-PBM-V-0.8L行星球磨粉碎機(長沙德科儀器有限公司);SKGL–1200型管式炭化爐(上海矩晶儀器制造有限公司);Gasboard-3100氣體分析儀(武漢四方科技有限公司);梅特勒FE28-Standard臺式 pH計;上海雷磁DDS-307A臺式數顯電導率儀;EA3000型元素分析儀(Euro Vector,意大利);IKA C2000標準型氧彈量熱儀(德國IKA集團)。

1.3 秸稈熱解試驗

稱取秸稈原料20 g,放入120 mm×80 mm×40 mm的長方形剛玉瓷盤中,置于管式爐的加熱區域。以1 L/min的速率通入氮氣20 min,在管式爐內形成氮氣氣氛。管式爐升溫速率設為10 ℃/min,熱解溫度設為400 ℃,保溫時間分別設為0、30、60、90、120 min。管式爐出口端收集的熱解氣由Gasboard-3100氣體分析儀進行測定。管式爐冷卻后,取出生物炭進行稱質量,并裝入塑料管中備用。

1.4 熱解產物的測定分析

1.4.1 熱解產物產率分析

生物炭產率是熱解后生物炭質量占熱解前秸稈原料質量的百分比,如式(1)所示。氣體的收集采用的是水氣置換法,Gasboard-3100P氣體分析儀測定熱解氣中CO2、CO、CnHm、CH4和H2體積分數(包括保護氣N2)[8]。總氣體質量為生成的各氣體組分的質量總和,熱解氣產率為總氣體質量占熱解前秸稈質量的百分比,如式(2)所示。焦油產率tar是由100%減去生物炭產率biochar和熱解氣產率gas,如式(3)所示。

1.4.2 熱解氣組成成分分析

熱解氣體組分CO2、CO、CnHm、CH4和H2的總產量的計算方法如式(4)所示,各氣體組分CO2、CO、CnHm、CH4和H2所占百分比計算方法分別如式(5)-式(9)所示。

1.4.3 pH值和電導率

取0.4 g樣品,加入8 mL水,在25 ℃下恒溫震蕩24 h,分別用FE28臺式pH計和DDS-307A電導率儀進行測定分析[17]。

1.4.4 工業分析

灰分測定是將樣品在780 ℃馬弗爐中灼燒3 h。揮發分測定是將樣品在900 ℃隔絕空氣下加熱7 min。固定碳是由100%減去揮發分和灰分含量[18]。

1.4.5 元素分析

C、H、N、S的測定是將40 mg秸稈置于進樣器上,采用Vario Macro Elementar元素分析儀進行分析。O是由100%減去C、H、N、S和灰分含量[19]。

1.4.6 碳轉化率分析

碳轉化率是轉化到熱解產物中的碳元素占秸稈原料中總碳元素的百分比[20]。熱解氣和生物炭的碳轉化率分別由式(10)和式(11)計算。

式中crop residue和biochar分別是秸稈和生物炭中C元素百分比,%。

1.4.7 能量轉化分析

式中GCV是生物炭燃燒時的彈筒發熱量,MJ/kg;是秸稈S元素的百分含量,%;HHVcrop residue和HHVbiochar分別是秸稈和生物炭高位熱值,MJ/kg。

2 結果與討論

2.1 保溫時間和粒度對秸稈熱解產物的影響

水稻秸稈和棉花秸稈的組成成分與高位熱值見表1。棉花秸稈的揮發分、C、H、N、S和高位熱值高于水稻秸稈,而灰分含量低于水稻秸稈。保溫時間和粒度對秸稈熱解產物的影響如圖1所示。隨著保溫時間的增加,秸稈生物炭產率先降低,而保溫90 min后略微增加。隨著保溫時間的增加,熱解氣產率增加,焦油產率先增加,60 min后略微降低。本研究與報道的木材和糞便熱解產物變化趨勢一致[22-23]。當保溫時間較短,秸稈有機成分揮發后沒有聚合,生物炭產量減少;隨著保溫時間的增加,氣相停留時間增加有利于揮發組分的再聚合,使可冷凝氣(焦油)有足夠時間發生二次反應,有利于制備較多的生物炭,導致焦油產率略微降低[9,17]。

表1 稻稈和棉稈原料的組成成分與高位熱值

注:不同字母表示在不同種類之間存在顯著差異(<0.05)。

Note: Different letters represent significant differences among different crop residues (<0.05).

注:不同字母代表不同粒度秸稈熱解產物具有顯著差異性(P<0.05),下同。

比較不同粒度,粗粉秸稈的生物炭產率和氣體產率最高,焦油產率最低,而超微秸稈的生物炭產率和氣體產率最低,焦油產率最高(圖1)。秸稈粒度越大,生物質表面與其核心之間的距離增大,阻礙了熱量從熱端到冷端的快速傳遞,升溫速率變慢,有利于生物炭產量的增加[9-10]。秸稈顆粒尺寸大,焦油在顆粒內部停留時間長,容易發生二次分解,進一步生成不可冷凝氣體和焦炭。超微秸稈粒度最小,比表面積大,容易進行熱量的傳遞,熱解反應更快更徹底,生成的不可冷凝氣和可冷凝氣(焦油)能很快被送出管式爐,可冷凝氣(焦油)不易發生二次分解生成氣體和焦炭,因此,超微秸稈生成的生物炭和氣體少,而焦油多。

比較不同種類,無灰基棉花秸稈的生物炭產率高于水稻秸稈的生物炭產率(圖1b),可能是由于水稻秸稈的灰分含量高,而棉花秸稈的有機成分含量高(表1),生成焦炭多[2]。干基下水稻秸稈的氣體產率略高于棉花秸稈(圖1c),可能由于水稻秸稈灰分含量高,具有一定的催化作用,產氣多。

2.2 保溫時間和粒度對秸稈熱解氣成分的影響

保溫時間和粒度對秸稈熱解氣總產量、各組分產率和碳轉化率的影響如圖2和圖3所示。隨著保溫時間的增加,秸稈熱解氣的總產量剛開始迅速增加,保溫60 min后增加緩慢(圖2)。隨著保溫時間的增加,秸稈化學鍵進一步斷裂,從而使不可冷凝氣體的釋放增加[9]。秸稈熱解釋放最多的是CO2(50%~70%),其次是CO(20%~40%),產生較少的CH4、CnHm和H2。隨著保溫時間的增加,秸稈熱解氣的碳轉化率開始迅速增加(圖3f),保溫60 min后緩慢增加。這可能是由于保溫時間越長,秸稈的含碳有機物分解的越徹底。

由圖3可以看出,隨著保溫時間的增加,CO、CO2的百分含量降低,而CH4、CnHm和H2百分含量不斷增加。這可能是由于長時間保溫導致生物炭和焦油發生二次反應,產生更多的不可冷凝氣CH4、CnHm和H2等[9]。H2是一種清潔綠色能源,秸稈中H2百分含量較少的原因是熱解的溫度(400 ℃)較低,高溫可以提高生物質產H2量[20,23]。本研究與報道的柳枝稷和玉米秸稈熱解氣變化趨勢一致[24]。

圖2 保溫時間和粒度對秸稈熱解氣總產量的影響

圖3 保溫時間和粒度對秸稈熱解氣組分產率和碳轉化率的影響

比較不同粒度,粗粉秸稈熱解產生的CO2和H2百分含量最高(圖3),可能由于顆粒尺寸大,氣體在顆粒內部停留時間長,穿過路徑長,反應充分。細粉秸稈熱解產生的CO、CH4百分含量最高,而超微秸稈不利于氣體生成(圖3)。比較不同種類,水稻秸稈的熱解氣總產量較高,且水稻秸稈熱解氣的碳轉化率也高于棉花秸稈。棉花秸稈熱解產生的CO2、CH4、CnHm和H2百分含量高于水稻秸稈,而水稻秸稈熱解產生的CO百分含量高于棉花秸稈。

2.3 保溫時間和粒度對生物炭pH值和電導率的影響

保溫時間和粒度對生物炭pH值和電導率的影響如表2所示。隨著保溫時間的增加,秸稈生物炭的pH值和電導率開始迅速增加,保溫60 min后緩慢增加。秸稈生物炭的pH值為7.0~9.0,呈偏堿性,可用來改良酸性土壤。電導率反映了生物炭中可溶于水的總鹽分,生物炭含有一定的灰分,生物炭中的K、Na、Ca、Mg等主要以碳酸鹽或氧化物形式存在于灰分中,而碳酸鹽是生物炭中堿性物質的主要存在形態,主要以碳酸鹽陰離子形式存在,是生物炭中堿性物質存在的一種形態[18],因此,秸稈生物炭呈堿性。

表2 保溫時間和粒度對秸稈生物炭pH值和電導率的影響

注:不同字母表示不同粒度生物炭的pH值和電導率間差異性顯著(<0.05)。

Note: Different letters represent significant differences among the pH value and electrical conductivity with different particle sizes of biochars (< 0.05).

比較不同粒度,除pH值的保溫時間為0外,超微秸稈生物炭的pH值和電導率最大,其次是細粉秸稈,粗粉秸稈生物炭的pH值和電導率最低(表2)。比較不同種類,水稻秸稈生物炭的pH值和電導率大于棉花秸稈生物炭,這可能是由于水稻秸稈及其生物炭的堿金屬K的碳酸鹽或氧化物以及灰分含量高造成的[2,8]。

2.4 保溫時間和粒度對生物炭工業組成的影響

保溫時間和粒度對生物炭工業組成的影響如圖4所示。隨著保溫時間增加,秸稈生物炭的灰分和固定碳含量增加,揮發分含量降低,且90 min后均趨于穩定,表明90 min是秸稈炭化的較優保溫時間。隨著保溫時間增加,秸稈生物炭的炭化程度加強。本研究結果與其他生物質如畜禽糞便、木材和紅花籽生物炭的工業組成變化趨勢相一致[3,20,23]。

不同粒度秸稈生物炭的灰分、揮發分和固定碳含量存在顯著性差異(<0.05)(圖4)。比較不同粒度,超微秸稈生物炭中灰分含量最高,粗粉秸稈生物炭的揮發分含量最高,細粉秸稈生物炭的固定碳含量最高。在同一保溫時間下,水稻秸稈生物炭的灰分含量最高,而棉花秸稈生物炭揮發分和固定碳含量最高。因此,棉花秸稈生物炭由于灰分含量低更適合用作燃料,而水稻秸稈生物炭由于含有更多的無機礦物質成分可作為生物炭基肥料。

圖4 保溫時間和粒度對生物炭工業組成的影響

2.5 保溫時間和粒度對生物炭元素組成的影響

保溫時間和粒度對生物炭元素組成的影響如圖5所示。隨著保溫時間的增加,秸稈生物炭中C元素含量增加,生物炭的H、O和N元素含量減少,這與報道的棉花秸稈和紅花籽生物炭的研究結果相一致[25-26]。在保溫時間為0~120 min內,C元素占生物炭總元素組成的50%~64%。隨著保溫時間的增加,秸稈生物炭中的碳轉化率先降低,60 min后略有增加(圖5f),這可能是由于可凝氣體(焦油)發生二次反應生成了焦炭[23,27]。揮發性物質(氣體和焦油)的產生可以消耗秸稈中的一定量的H和O元素,H和O元素主要由于化學鍵斷裂而分離。此外,秸稈中-OH、-CH3、-CH2和-C=O基團的締合或消除將促進芳香烴炭化程度,并降低H含量[26]。

隨著保溫時間的增加,生物炭中C元素含量增加,H元素和O元素含量減少,因此,H/C和O/C的摩爾比降低,表明生物炭的炭化度和芳香度逐漸升高。秸稈中的N可在低溫炭化過程中形成一個穩定的C-N雜環,隨著保溫時間的增加,C-N雜環可能發生了斷裂[28],因此,秸稈生物炭的N元素減少。隨著保溫時間的增加,水稻秸稈生物炭中S元素含量略有下降(圖5e),熱解過程中有機硫的損失主要表現為硫化羰[29]。

不同秸稈生物炭中的元素組成含量大小如下:C>O> H>N>S(圖5)。對比不同粒度,超微秸稈生物炭的C元素含量最高,粗粉秸稈生物炭的H、O、N元素含量以及碳轉化率均最高。對比不同種類秸稈,棉花秸稈生物炭中的C、H、N、S元素含量和碳轉化率均高于水稻秸稈生物炭,2種秸稈生物炭的O元素含量相似。秸稈生物炭的碳轉化率(50%~66%)顯著高于氣體的碳轉化率(8%~13%),這是因為本研究中的400 ℃的低溫更適合熱解炭化。

2.6 保溫時間和粒度對生物炭能量轉化的影響

保溫時間和粒度對生物炭高位熱值和能量轉化的影響如圖6所示。隨著保溫時間增加,秸稈熱解氣的高位熱值逐漸增大,水稻和棉花秸稈熱解氣的高位熱值最高值在120 min時,分別為7.33和6.62 MJ/m3(圖6a)。熱解氣的高位熱值與CO、CH4、CnHm、H2等可燃成分含量密切相關,因此,在熱解中應盡可能減少不可燃成分比例。熱解中的載氣會影響熱值和可燃性氣體質量,本研究的載氣N2是惰性氣體,不會促使熱解氣的高位熱值增加。

隨著保溫時間的增加,秸稈生物炭的高位熱值先迅速增加,60 min后緩慢增加。水稻秸稈和棉花秸稈生物炭高位熱值的最高值出現在90 min,分別為20.22和23.58 MJ/kg(圖6c)。隨著保溫時間的增加,揮發分的釋放和固定碳的累積提高了生物炭的炭化程度,且生物炭中C元素含量增加,O元素含量下降,因此,生物炭的高位熱值升高。

隨著保溫時間的增加,秸稈熱解氣體的能量轉化率增加,而生物炭中的能量轉化率逐漸下降,且保溫60 min后保持相對穩定(圖6b)。秸稈的熱解反應是靠外部加熱的能量和秸稈自身氧化反應釋放的能量進行的[24],大部分能量最終儲存在熱解產物中,其他能量被消耗和損失掉了。僅考慮秸稈自身的能量,在保溫時間為0到120 min內,秸稈的能量有50%~57%保留在生物炭中,秸稈的能量有1.5%~5.4%保留在熱解氣體,表明本試驗中采用的400 ℃低溫熱解更適合炭化過程,而較長保溫時間和高溫熱解更適合秸稈熱解氣化[20]。

圖5 保溫時間和粒度對生物炭元素組成和碳轉化率的影響

圖6 保溫時間和粒度對生物炭高位熱值和能量轉化影響

對比不同粒度,細粉秸稈熱解氣的高位熱值和能量轉化率最高,細粉和超微秸稈生物炭的高位熱值較高,細粉秸稈生物炭的能量轉化率最高,粗粉秸稈生物炭的高位熱值和能量轉化率最低(圖6)。對比不同種類,水稻秸稈熱解氣的高位熱值和能量轉化率高于棉花秸稈熱解氣。棉花秸稈生物炭的高位熱值和能量轉化率高于水稻秸稈生物炭(圖6),與標準煤接近,說明棉花秸稈生物炭更適合用作固體燃料[30-31]。生物質中C元素完全燃燒產生的熱量約為400 kJ/mol,H元素完全燃燒產生的熱量約為290.5 kJ/mol,因此,棉花秸稈生物炭的高位熱值較高的原因可能是由于其C元素和H元素含量高[32],燃燒釋放的能量大。

3 結 論

1)保溫時間從0到120 min中,熱解氣中的CnHm、CH4和H2百分含量增加,其高位熱值和能量轉化率增加,而生物炭的固定碳、C、高位熱值增加,其揮發分、H、O、能量轉化率降低。秸稈中能量有1.5%~5.4%保留在熱解氣中,有50%~57%保留在生物炭中。保溫90min的生物炭的炭化程度最好。

2)對比不同粒度,粗粉秸稈生物炭的炭產率、揮發分、H、O、N及碳轉化率最高,細粉秸稈熱解氣中CO和CH4百分含量、高位熱值和能量轉化率最高。而超微秸稈生物炭產率和氣體產率最低,焦油產率最高,超微生物炭的pH值、灰分、C最高。

3)對比不同種類,水稻秸稈熱解氣的產率、碳轉化率、高位熱值和能量轉化率高于棉花秸稈,而棉花秸稈生物炭的揮發分、固定碳、pH值、C、H、N、S、碳轉化率、高位熱值和能量轉化率均高于水稻秸稈生物炭。水稻和棉花秸稈熱解氣和生物炭的高位熱值最大值分別為7.33、6.62 MJ/m3和20.22、23.58 MJ/kg,棉花秸稈更適合熱解炭化。

[1] Zhou Xinping, Wang Fang, Hu Hongwei, et al. Assessment of sustainable biomass resource for energy use in China[J]. Biomass and Bioenergy, 2011, 35(1): 1-11.

[2] Niu Wenjuan, Han Lujia, Liu Xian, et al. Twenty-two compositional characterizations and theoretical energy potentials of extensively diversified China’s crop residues[J]. Energy, 2016, 100: 238-250.

[3] Chen Yingquan, Yang Haiping, Wang Xianhua, et al. Biomass-based pyrolytic polygeneration system on cotton stalk pyrolysis: Influence of temperature[J]. Bioresource Technology, 2012, 107: 411-418.

[4] Thomas Klasson K. Biochar characterization and a method for estimating biochar quality from proximate analysis results[J]. Biomass and Bioenergy, 2017, 96: 50-58

[5] Lin Tsung-Ying, Kuo Chunpao. Study of products yield of bagasse and sawdust via slow pyrolysis and iron-catalyze[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2012, 96: 203-209.

[6] Mohanty Pravakar, Nanda Sonil, Pant Kamal K, et al. Evaluation of the physiochemical development of biochars obtained from pyrolysis of wheat straw, timothy grass and pinewood: Effects of heating rate[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2013, 104: 485-493.

[7] Yahya Mohd Adib, Al-Qodah Z, Ngah C W Z. Agricultural bio-waste materials as potential sustainable precursors used for activated carbon production: A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, 46: 218-235.

[8] He Xinyan, Liu Zhaoxia, Niu Wenjuan, et al. Effects of pyrolysis temperature on the physicochemical properties of gas and biochar obtained from pyrolysis of crop residues[J]. Energy, 2018, 143: 746-756.

[9] Tripathi M, Sahu J N, Ganesan P. Effect of process parameters on production of biochar from biomass waste through pyrolysis: A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 55: 467-481.

[10] Demirbas A. Effects of temperature and particle size on bio-char yield from pyrolysis of agricultural residues[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2004, 72(2): 243-248.

[11] Choi Hang Seok, Choi Yeon Seok, Park Hoon Chae. Fast pyrolysis characteristics of lignocellulosic biomass with varying reaction conditions[J]. Renewable Energy, 2012, 42: 131-135.

[12] Aysu Tevfik, Kü?ük M Masuk. Biomass pyrolysis in a fixed-bed reactor: Effects of pyrolysis parameters on product yields and characterization of products[J]. Energy, 2013, 64: 1002-1025.

[13] Mani Thilakavathi, Murugan Pulikesi, Abedi Jalal, et al. Pyrolysis of wheat straw in a thermogravimetric analyzer: Effect of particle size and heating rate on devolatilization and estimation of global kinetics[J]. Chemical Engineering Research and Design, 2010, 88(8): 952-958.

[14] Wang Xiubin, Zhou Wei, Liang Guoqing, et al. Characteristics of maize biochar with different pyrolysis temperatures and its effects on organic carbon, nitrogen and enzymatic activities after addition to fluvo-aquic soil[J]. Science of the Total Environment, 2015, 538: 137-144.

[15] Silber A, Levkovitch I, Graber E R. pH-dependent mineral release and surface properties of cornstraw biochar: Agronomic implications[J]. Environmental Science & Technology, 2010, 44: 9318-9323.

[16] International A. Standard practice for preparation of biomass for compositional analysis: ASTM E1757-01[S]. 2007.

[17] Liu Zhaoxia, Niu Wenjuan, Chu Heying, et al. Effect of the carbonization temperature on the properties of biochar produced from the pyrolysis of crop residues[J]. BioResources, 2018, 13(2): 3429-3446.

[18] International A. Standard test method for chemical analysis of wood charcoal: ASTM D1762-84[S]. 2001.

[19] International A. Standard test method for carbon and hydrogen in the analysis sample of refuse-derived fuel: ASTM E777-08[S]. 2008.

[20] Xin Ya, Cao Hongliang, Yuan Qiaoxia, et al. Two-step gasification of cattle manure for hydrogen-rich gas production: Effect of biochar preparation temperature and gasification temperature[J]. Waste Management, 2017, 68: 618-625.

[21] Wang L, Shahbazi A, Hanna M A. Characterization of corn stover, distiller grains and cattle manure for thermochemical conversion[J]. Biomass and Bioenergy, 2011, 35: 171-178.

[22] Mohamed Alina Rahayu, Hamzah Zainab, Dauda Mohamed Zulkali Mohamed, et al. The effects of holding time and the sweeping nitrogen gas flowrates on the pyrolysis of EFB using a fixed bed reactor[J]. Procedia Engineering, 2013, 53: 185-191.

[23] Wei C N, You S, Ling R, et al. Co-gasification of woody biomass and chicken manure: Syngas production, biochar reutilization, and cost-benefit analysis[J]. Energy, 2017, 139: 732-742.

[24] Chen Tianju, Liu Ronghou, Scott Norman R. Characterization of energy carriers obtained from the pyrolysis of white ash, switchgrass and corn stover-Biochar, syngas and bio-oil[J]. Fuel Processing Technology, 2016, 142: 124-134.

[25] Angin D. Effect of pyrolysis temperature and heating rate on biochar obtained from pyrolysis of safflower seed press cake[J]. Bioresoure Technology, 2013, 128: 593-597.

[26] Chen Yingquan, Yang Haiping, Wang Xianhua, et al. Biomass-based pyrolytic polygeneration system on cotton stalk pyrolysis: Influence of temperature[J]. Bioresource Technology, 2012, 107: 411-418.

[27] Al-Wabel M I, Al-Omran A, El-Naggar A H, et al. Pyrolysis temperature induced changes in characteristics and chemical composition of biochar produced from conocarpus wastes[J]. Bioresource Technology, 2013, 131: 374-379.

[28] Asai Hidetoshi, Samson Beniamin K, Stephan Haefele M, et al. Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos 1. Soil physical properties, leaf SPAD and grain yield[J]. Field Crops Research, 2009, 111: 81-84.

[29] Knudsen J N, Jensen P A, Lin W G, et al. Sulfur transformations during thermal conversion of herbaceous biomass[J]. Energy and Fuel, 2004, 18: 810-819.

[30] Raclavska Helena, Corsaro Agnieszka, Juchelkova Dagmar, et al. Effect of temperature on the enrichment and volatility of 18 elements during pyrolysis of biomass, coal, and tires[J]. Fuel Process Technology, 2015, 131: 330-337.

[31] 徐佳,劉榮厚,王燕. 基于能量得率的棉稈熱裂解炭化工藝優化[J]. 農業工程學報,2016,32(3):241-246.

Xu Jia, Liu Ronghou, Wang Yan. Optimization of pyrolysis carbonization conditions based on energy efficiency for cotton stalk [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(3): 241-246. (in Chinese with English abstract)

[32] 劉朝霞,牛文娟,楚合營,等. 秸稈熱解工藝優化與生物炭理化特性分析[J]. 農業工程學報,2018,34(5):196-203.

Liu Zhaoxia, Niu Wenjuan, Chu Heying, et al. Process optimization for straws pyrolysis and analysis of biochar physiochemical properties [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(5): 196-203. (in Chinese with English abstract)

Effects of holding time and particle size on physicochemical properties and energy conversion of pyrolysis product conponent of rice straw and cotton stalk

Niu Wenjuan1, Ruan Zhen1, Zhong Fei2, Hong Ziyu1, Liu Jiazheng1, Niu Zhiyou1※

(1.-,,430070; 2.,,432000)

The development of pyrolysis technology has great significances for using crop residue resources and relieving energy crisis. Physicochemical properties and energy conversion of gases and biochar obtained from the pyrolysis with different particle sizes of rice straw and cotton stalk were investigated under different holding time. The results showed that the biochar yields firstly decreased from 0 to 90 min and then slightly increased, and the gas yields gradually increased. With the increase of holding time, the proportions of CO2and CO in bio-gas decreased, while the proportions of CH4, CnHmand H2in bio-gas increased. With the increase of holding time, the contents of the ash, fixed carbon, C, pH value and electrical conductivity with different particle sizes of biochar increased from 0 to 120 min, while the contents of volatile matter, H, O and N of the biochar decreased. The higher heating values of gases and biochar with different particle sizes of crop residues gradually increased with the increasing holding time, and the energy conversion efficiency in the gas increased, however, the energy conversion efficiency in the biochar decreased. The carbon conversion efficiency in the biochar was significantly higher than that in gas (<0.05). 1.5%-5.4% energy of crop residue was remained in the bio-gas, and 50%-57% energy of crop residue was remained in the biochar. The biochar produced at the holding time of 90 min had good carbonization degree and can be used as fuels. Different crop residues and different particle sizes had great significant influences on the physicochemical properties of pyrolysis gases and biochar (<0.05). Comparing the three different particle sizes of crop residues, the biochar yield of the coarse grinding crop residue was the highest and the tar yield was the lowest, while the biochar yield and gas yield of the ultrafine grinding crop residue were the lowest and the tar yield was the highest. The proportions of CO and CH4, higher heating value and the energy conversion efficiency of the pyrolysis gases of the fine grinding crop residue were the highest. The contents of volatile matter, H, O, N and the carbon conversion efficiency of the coarse grinding crop residue biochar were the highest, and the contents of S, electrical conductivity and energy conversion efficiency of the fine grinding crop residue biochar were the highest, while the contents of ash, C, pH value of the ultrafine power crop residue biochar were the highest. Comparing the different types of crop residues, the gas yield, carbon conversion efficiency, higher heating value and energy conversion efficiency of the pyrolysis gases of rice straw were higher than those of cotton stalk, while the proportions of CO2, CH4, CnHmand H2produced by the pyrolysis of cotton stalk were higher than those of rice straw. The ash content and electrical conductivity of rice straw biochar were higher than those of cotton stalk biochar, while the volatile matter, fixed carbon, pH value, C, H, N, S, carbon conversion efficiency, higher heating value and energy conversion efficiency of the cotton stalk were higher than those of rice straw biochar. The maximum higher heating values of gases and biochar of rice straw and cotton stalk were 7.33, 6.62 MJ/m3and 20.22, 23.58 MJ/kg, respectively. Cotton stalk is more suitable for pyrolysis carbonization, and the biochar of cotton stalk is more suitable to be applied as fuels.

straw; pyrolysis; biochar; holding time; particle size; energy conversion

牛文娟,阮 楨,鐘 菲,洪自宇,劉佳政,牛智有. 保溫時間與粒度對稻稈和棉稈熱解產物組成及能量轉化影響[J]. 農業工程學報,2018,34(22):212-219. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.027 http://www.tcsae.org

Niu Wenjuan, Ruan Zhen, Zhong Fei, Hong Ziyu, Liu Jiazheng, Niu Zhiyou. Effects of holding time and particle size on physicochemical properties and energy conversion of pyrolysis product conponent of rice straw and cotton stalk[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(22): 212-219. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.027 http://www.tcsae.org

2018-06-22

2018-10-02

國家自然科學基金(No. 31701310);公益性行業專項 (No. 201503135);中央高校基本科研業務費專項(No. 2662015QD009)

牛文娟,講師,博士,研究方向:農業生物環境與能源工程。Email:niuwenjuan234@mail.hzau.edu.cn

牛智有,教授,博士,博士生導師,研究方向:農產品加工技術與裝備。Email:nzhy@mail.hzau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.027

TK6; S216.2

A

1002-6819(2018)-22-0212-08

猜你喜歡
生物
生物多樣性
天天愛科學(2022年9期)2022-09-15 01:12:54
生物多樣性
天天愛科學(2022年4期)2022-05-23 12:41:48
上上生物
當代水產(2022年3期)2022-04-26 14:26:56
發現不明生物
科學大眾(2021年9期)2021-07-16 07:02:54
史上“最黑暗”的生物
軍事文摘(2020年20期)2020-11-28 11:42:50
第12話 完美生物
航空世界(2020年10期)2020-01-19 14:36:20
最初的生物
自然生物被直銷
清晨生物初歷直銷
生物的多樣性
主站蜘蛛池模板: 欧美日韩国产综合视频在线观看| 国产va在线观看免费| 亚洲欧美一区二区三区麻豆| 在线不卡免费视频| 国产SUV精品一区二区6| 久久婷婷色综合老司机| 在线看片中文字幕| 欧美激情视频一区二区三区免费| 亚洲日韩每日更新| 亚洲男女在线| 国产性爱网站| 亚洲欧美综合精品久久成人网| 国产在线观看一区精品| 最新国产你懂的在线网址| 一级一毛片a级毛片| 日韩精品毛片| 91蜜芽尤物福利在线观看| 亚洲日韩精品伊甸| 日韩欧美国产区| 国产男女免费视频| 狠狠做深爱婷婷久久一区| 国产精品漂亮美女在线观看| 67194成是人免费无码| 免费一级成人毛片| 久久伊伊香蕉综合精品| 亚洲国产精品不卡在线| 热久久这里是精品6免费观看| 婷婷综合色| 国产导航在线| 欧美色视频在线| 欧美在线视频不卡| 亚洲系列无码专区偷窥无码| 日本成人一区| 亚亚洲乱码一二三四区| 97视频精品全国在线观看| 九色综合伊人久久富二代| 超清无码一区二区三区| 亚洲人成色77777在线观看| 国产精品尤物铁牛tv| 亚洲成AV人手机在线观看网站| 亚洲国产AV无码综合原创| 久久 午夜福利 张柏芝| 亚洲综合二区| 国产日韩欧美一区二区三区在线| 国产成人高清精品免费软件 | 九色综合视频网| 全裸无码专区| 中文字幕无码中文字幕有码在线| 青青青视频免费一区二区| 在线欧美一区| 亚洲日韩精品伊甸| 亚洲天堂网在线观看视频| 国产哺乳奶水91在线播放| 免费99精品国产自在现线| 伊人久久婷婷五月综合97色| 91探花在线观看国产最新| 亚洲无码日韩一区| 国产99视频精品免费视频7 | 免费看a级毛片| 亚洲黄网视频| 97国产精品视频人人做人人爱| 欧美日韩国产成人高清视频| 超级碰免费视频91| 国产精品99一区不卡| 亚洲日本中文字幕天堂网| 手机精品视频在线观看免费| 婷婷五月在线视频| 尤物在线观看乱码| 无码aaa视频| 成人中文字幕在线| 亚洲精品片911| 99re在线免费视频| 成人亚洲天堂| 91精品国产自产在线观看| 欧美亚洲一区二区三区导航 | 欧美一级高清片久久99| 亚洲系列中文字幕一区二区| 国产亚洲精品无码专| 亚洲熟女中文字幕男人总站| 99国产在线视频| 精品久久高清| 国产特级毛片|