不同温度下棉杆颗粒热解制炭的性能研究

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不同植物纤维的热解和燃烧特性研究

DOI: 10.19906/ki.JFCT.2022003不同植物纤维的热解和燃烧特性研究郑泉兴1，刘秀彩1，吴添文1，陈　辉1，黄朝章1，许寒春1，蓝洪桥1，马鹏飞1，于德德1，谢　卫1,* ，伊晓东2,*（1. 福建中烟工业有限责任公司技术中心, 福建厦门 361021；2. 厦门大学化学化工学院, 福建厦门 361005）摘　要：本研究采用不等温热重法研究六种纤维（针叶、阔叶、竹、亚麻、草和棉）在N 2和空气气氛下的热解和燃烧特性，并采用Friedman 法对其进行动力学分析。

结果表明，纤维不同的热解和燃烧特性参数与其自身结构组成有关。

纤维在热解和燃烧过程中，其挥发分析出温度T s 、终止温度T h 、DTG 峰温T max 、固定碳燃烧峰温、最大质量损失速率、热解指数P 和燃烧指数S 均随着升温速率的增加而增加；在N 2气氛下，亚麻纤维T max 最大，竹纤维T max 最小，棉纤维的T s 最大，草纤维的最大热解质量损失速率−(d m /d t )max 、热解指数P 和燃烧指数S 均最小；在转化率为0.05−0.85条件下，阔叶纤维平均表观活化能最小(173.3 kJ/mol)，竹纤的最大(201.10 kJ/mol)。

在空气气氛下，所有纤维的热解过程的T max 均低于N 2条件下，在转化率为0.05−0.65时，纤维在空气中热解的表观活化能E α低于其在N 2条件下的表观活化能。

关键词：植物纤维；热解特性；燃烧特性；动力学分析；Friedman 法中图分类号： TK6 文献标识码： AStudy on pyrolysis and combustion characteristics of different plant fibersZHENG Quan-xing 1，LIU Xiu-cai 1，WU Tian-wen 1，CHEN Hui 1，HUANG Chao-zhang 1，XU Han-chun 1，LAN Hong-qiao 1 ，MA Peng-fei 1 ，YU De-de 1 ，XIE Wei 1,* ，YI Xiao-dong2,*（1. Technology Center , China Tobacco Fujian Industrial Co., Ltd., Xiamen 361021, China ；2. College of Chemistry and Chemical Engineering , Xiamen University , Xiamen 361005, China ）Abstract: In order to study the pyrolysis and combustion characteristics of different fibers, the kinetics of six kinds of plant fibers (coniferous, broadleaf, bamboo, flax, grass and cotton) in N 2 and air atmosphere were studied by non-isothermal thermogravimetric (TG) method using Friedman method. The results showed that the fibers had different pyrolysis and combustion characteristic parameters, which were related to their own structural compositions. In the process of pyrolysis and combustion of fibers, the initial volatilization temperature (T s ), terminal decomposition temperature (T h ), DTG peak temperature (T max ), fixed carbon combustion peak temperature, maximum mass loss rate, pyrolysis character index (P ) and combustion character index (S ) increased with the increase of heating rates; In N 2 atmosphere, the flax fiber T max and bamboo fiber T max were shown to be the highest and lowest among all fibers,respectively, and T s of cotton fiber was the largest; Grass fiber had the smallest maximum pyrolysis mass loss rate (−(d m /d t )max ), pyrolysis index (P ), and combustion index (S ); Between the conversion of 0.05−0.85, the average apparent activation energies (E ) of broadleaf fiber and bamboo fiber were the smallest (173.30 kJ/mol) and highest (201.10 kJ/mol), respectively. In air atmosphere, T max of all fibers in the pyrolysis process was lower than that in N 2.The apparent activation energy (E α) of fiber pyrolysis in air atmosphere was shown to be lower than that in N 2 when the conversion was between 5% and 65%.Key words: plant fiber ；pyrolysis characteristic ；combustion characteristic ；kinetic study ；Friedman method纤维作为植物的重要组成部分，现被广泛的应用在纺织、造纸、复合材料、建筑等领域，与人们的日常生活密切相关。

不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性及其综合评价

不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性及其综合评价随着能源危机的日益严重，人们对可再生能源的需求越来越高，而棉秆作为一种常见的农业废弃物，其炭化后可用于能源开发，成为一种可再生的资源。

目前，研究人员已经对不同炭化参数（如炭化温度、时间、炭化剂种类等）对棉秆炭的燃烧特性进行了一定的研究。

在本文中，我们将对这些研究进行概述，并对不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性及其综合评价展开讨论。

首先，我们需要澄清一下什么是炭化。

炭化是指将有机物加热至一定温度下，在缺氧或微氧状态下进行分解和重组，生成一种含碳高达 60% ~ 80% 的物质。

炭化过程是棉秆转化为炭的过程，通常包括两个主要阶段：干馏和热解。

干馏是指在低温下（300℃~400℃）棉秆中的水分和挥发性物质逸出，热解是指在高温下（500℃~900℃）棉秆中的高分子量部分断裂，生成新的有机分子。

接下来，我们将具体探讨不同炭化参数对棉秆炭的燃烧特性的影响及其综合评价。

1、炭化温度对棉秆炭的燃烧特性的影响炭化温度是影响棉秆炭燃烧特性的重要参数之一。

当炭化温度分别为300℃、500℃、700℃、900℃时，棉秆炭的低位发热量分别为20.5 MJ/kg、24.5MJ/kg、29.6MJ/kg、30.4MJ/kg。

由此可见，随着炭化温度的升高，棉秆炭的低位发热量也逐渐增加。

炭化温度越高，不完全炭化物的含量越少，炭素结晶度和比表面积都越高，导致炭的燃烧空气侵入速度略微降低，因此，炭化温度对棉秆炭燃烧的可燃性有一定的影响。

2、炭化时间对棉秆炭的燃烧特性的影响炭化时间是炭化过程中的重要参数，炭化时间缩短有利于提高炭化效率，但过短的时间则可能导致不完全炭化，影响棉秆炭的燃烧特性。

实验表明，炭化时间对难燃和可燃物质的比例有显著影响。

当炭化时间分别为 60min 和 120min 时，棉秆炭的残渣质量分别为 60.04% 和 35.65%，这表明炭化时间的延长，有助于提高棉秆炭的难燃性。

3、炭化剂种类对棉秆炭的燃烧特性的影响炭化剂种类是炭化过程中的重要参数之一。

南疆棉秆生物炭的制备及理化特性分析

南疆棉秆生物炭的制备及理化特性分析王德胜;何振;冯勇;李凡;楚合营【摘要】以新疆棉花秸秆为原料,研究炭化温度和炭化时间、升温速率对棉秆基生物炭产量和理化性质的影响.选择300℃、400℃、500℃、600℃为最高炭化温度,5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min为升温速率,30 min、60 min、90 min、120 min为炭化时间.棉秆生物炭的最高固定碳为63％.原料的热解特性在惰性气体N2保护下进行TG-DTG分析.对棉秆生物炭的元素成分、PH值、固定碳、灰分和碳含量进行研究,同时进行了SEM,FT-IR表征.随着炭化温度的增加,生物炭pH值、灰分含量、碳稳定性及总碳的含量也逐渐增加,而生物炭产量、挥发分、H、O、N、S元素的含量减少.比表面积结果显示高温制备生物炭的孔隙率有所增加,但增加幅度并不大.研究发现加热时间和升温速率对棉秆生物炭性质的影响不显著,炭化温度对棉秆生物炭性质的影响显著.【期刊名称】《塔里木大学学报》【年(卷),期】2018(030)001【总页数】8页(P124-131)【关键词】生物炭;理化特性;棉花秸秆【作者】王德胜;何振;冯勇;李凡;楚合营【作者单位】塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学现代农业工程重点实验室,新疆阿拉尔843300【正文语种】中文【中图分类】S381 引言随着全球化石能源消耗的不断增加，碳减排成为当今社会经济实现长久可持续发展的前提。

G20杭州峰会开幕前夕，中美两国联合签署《巴黎协定》标志着全球大气治理进入一个新的时期。

生物炭因其具有较高的化学稳定性，可以在土壤中被保存数百甚至上千年。

因此，将生物炭和土壤改良相结合，被作为一种有效的固碳技术受到科研工作者越来越多的关注。

不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析

高度芳香化的黑色蓬松固体物质 [1] ,因其具有丰富的表面活性官能团、较多的孔隙度、较大的比表面积
而具有吸附能力强的特性 [2] 。生物炭的理化性质不但受制备原料影响 [3] ,也因热解温度 [4] 及生产工
艺 [5] 等不同而有所差异。当前,制作生物炭的原料有作物秸秆、动物粪便和污泥等 [6 - 7] ,作物秸秆是生
关键词:热解温度;灰分;禾本科植物;生物炭
中图分类号:TQ35
文献标志码:A
文章编号:1673-5854(2021)04-0021-08
引文格式:朱启林,曹明,张雪彬,等. 不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析[ J] . 生物质化学工程,2021,55(4) :21 28.
制备生物炭,在选择合适热裂解温度的同时,对比分析原料种类对生物炭的元素含量、表面结构等理化
性质的影响,以期为生物炭制备工艺和农业固碳减排提供依据。
1 材料与方法
1. 1 原料、试剂及仪器
王草、水稻秸秆、甘蔗渣和玉米秸秆,海南省三亚市南繁科学技术研究院提供;浓硫酸、溴化钾、氢
氧化钠、硼酸、双氧水,均为分析纯。
Abstract:The biochars I, R, S and M were prepared at 300, 500 and 700 ℃ with the grasses of king grass, rice straw, bagasse
and corn straw as raw materials, respectively. The effects of different pyrolysis temperatures on the structure and composition of
Physicochemical and Infrared Spectroscopic Properties of Gramineae

棉花秸秆快速热解制备内醚糖及其过程的评价

棉花秸秆快速热解制备内醚糖及其过程的评价随着化石燃料消耗和环境问题日益严峻,迫切需要开发基于木质纤维素的可再生替代能源。

秸秆等木质纤维素的高效清洁利用成为近年来能源和环境领域研究的新热点。

生物油是木质纤维素通过快速热解直接制备的液体燃料,但由于其本身存在含水量、含氧量高、热值低、难以长期稳定储存和运输等缺点使其难以直接利用。

内醚糖作为生物油中含量最高的糖类,是制备生物燃料和化学品的重要化合物之一,近年来受到广泛关注。

本研究为实现利用棉花秸秆低成本,高得率生产内醚糖,进行了以下几个方面的研究:首先本研究通过优化快速热解反应条件（热解温度、反应时间、反应物颗粒大小和酸洗浓度）,获得棉花秸秆快速热解制备高内醚糖含量的生物油,并利用高效液相色谱建立内醚糖精确定量分析方法;采用絮凝-共沸蒸馏-萃取等方法,优化提取条件（高纯水体积、活性炭质量以及pH）从生物油中提取纯化内醚糖,并对内醚糖进行了定性定量分析;在试验基础上,建立模型并模拟从原料棉花秸秆生产生物油到提取获得内醚糖全工艺过程,通过此模型进行了经济核算和环境评估,探讨了内醚糖工业化生产的可行性和生产过程对环境的影响。

研究结果如下:（1）在热解温度为500℃、反应时间为1.4 s、反应物颗粒大小为600-650μm和盐酸浓度为8%的快速热解条件下,可获得19.89 wt%的内醚糖。

本研究还建立了用高效液相色谱法检测生物油中内醚糖的含量,采用Ultisil?XB-NH<sub>2</sub>柱,以ACN-H<sub>2</sub>O为流动相进行梯度洗脱。

采用Alltech 2000ES蒸发光检测器,最佳的蒸发光检测器条件为:15℃柱温、70℃漂移管温度和3.0 L/min气体流速,可测定生物油中内醚糖的含量。

该方法中内醚糖标准曲线校正系数>0.990,回收率为96.79-99.13%,定量限为3.632μg/mL,检测限为9.08μg/mL。

不同热解温度对炭化产物的影响

不同热解温度对炭化产物的影响不同热解温度对炭化产物的影响是炭化过程中的重要参数，它会影响炭化产物的组成、结构和性质。

以下是常见的热解温度对炭化产物的影响：
1. 炭化产物组成：随着热解温度的升高，炭化产物的组成会发生变化。

低温下，热解主要产生具有较高挥发性的物质，如气体和轻质烃类。

随着温度的增加，这些挥发性物质会逐渐释放完，产物中的非挥发性成分逐渐增加，如焦炭和固体残留物。

2. 炭化产物结构：热解温度对炭化产物的结构和晶体形态也有影响。

较低的热解温度会导致较小的结晶尺寸和较短的晶体生长时间，而较高的热解温度会促进晶体生长和结晶尺寸增大。

3. 炭化产物性质：热解温度还会影响炭化产物的物理和化学性质。

较低的热解温度下产生的炭化产物通常具有较高的比表面积和孔隙结构，这对于吸附、催化和电化学应用具有重要意义。

而较高温度下产生的炭化产物往往具有更高的热稳定性和机械强度。

需要注意的是，不同原料的热解温度范围和影响可能会有所不同。

此外，热解温度还需要与热解时间、加热速率等其他因素一起综合考虑，以获得所需的炭化产物性质。

因此，在实际应用中，需要根据具体情况进行热解条件的优化和控制。

1/ 1。

不同生物质原料和制备温度对生物炭物理化学特征的影响

不同生物质原料和制备温度对生物炭物理化学特征的影响生物炭是含碳有机质在无氧或者限氧条件下经过热解转化而形成的富碳固体物质。

生物炭施加于土壤后可以有效改善土壤理化性质,增加土壤肥力,同时还可以促进植物生长。

另外生物炭具有多孔特征和高稳定性的特点,可以降低环境中有机污染物和重金属的生物有效性,减缓气候变化等,在环境科学方面具有重要的研究意义。

当前,国内外关于生物炭的基本理化性质的研究已经开展很多工作,但对于不同原料来源和不同制备条件得到的生物炭的理化性质以及结构特征的研究,尤其是在生物炭中溶解性有机质、不同碳组分的稳定性以及孔隙发育过程的方面鲜有报道。

因此,本研究选取不同类型的生物质为原料,在不同的温度下制备得到一系列的生物炭,对其基本理化性质和结构特征进行系统研究,着重探讨了生物质原料类型和热解温度对生物炭的生成、生物炭中不同碳组分的稳定性以及孔隙结构特征变化等的影响。

研究结果为生物炭基础研究以及在农业和环境领域的应用提供了数据支持和理论依据。

首先对我国3种主要农作物秸秆(稻秆、玉米秆和麦秆)在不同温度下制备的生物炭的理化性质进行了系统研究,结果显示:随着热解温度的升高,不同来源的秸秆生物炭的产率不断下降,灰分不断增加。

3种农作物秸秆制备的生物炭的C含量均比较高,并且随着制备温度升高,C含量逐渐增加,而生物炭表面的官能团数量呈下降趋势。

秸秆中半纤维素和纤维素组分在300℃时基本分解完成,随着热解温度的升高,生物炭内部碳组分不断聚合导致生物炭的芳香化程度增加。

研究结果还表明,虽然3种秸秆生物炭呈现出相似的元素组成和结构特征,但仍然存在一些差异。

热解温度和原料种类对生物炭的物理化学性质和结构均有重要影响,而热解温度的影响要比原料的种类的影响要大。

低温(<300℃)制备的生物炭的产率较高,并且保留原料中丰富官能团如羧酸、羟基和羰基等,这对改善土壤质量有很大益处。

而在500℃以上,秸秆生物炭表面的活性官能团基本上被去除,生物炭中主要以稳定的高度芳香化碳结构物质为主,较适用于碳的封存上。

生物质热解制备高品质炭材料及其功能化应用

生物质热解制备高品质炭材料及其功能化应用生物质热解是利用高温条件下无氧加热产生的化学反应，将生物质转化为炭材料的一种方法。

与传统的化石燃料相比，生物质热解制备的炭材料具有更低的碳排放和环境影响，因此被广泛地应用于环境保护、能源储存等领域。

本文将介绍生物质热解制备高品质炭材料的方法及其功能化应用。

一、生物质热解制备高品质炭材料的方法生物质热解制备炭材料的关键在于选择适当的生物质原料和热解条件。

常用的生物质原料包括木材、秸秆、稻壳等，这些材料中含有丰富的碳水化合物和纤维素，是制备炭材料的理想原料。

热解条件通常是在高温下进行，一般在450℃至1000℃之间，热解时间也很重要，一般需要几小时至几十小时不等。

在热解过程中，生物质会分解为气态、液态和固态产物。

气态产物主要是水蒸气、CO2和少量的其他气体，液态产物包括生物油和酚类化合物，而固态产物就是炭材料。

为了获得高品质的炭材料，需要优化热解参数，如热解温度、热解时间、升降温速率等。

二、高品质炭材料的功能化应用高品质的炭材料具有很多优异的性能，如高比表面积、低密度、优异的机械强度和耐化学腐蚀性等，这些性质使其广泛应用于环境治理和能源储存领域。

1.环境治理生物质炭材料可以吸附各种有机和无机污染物，如有机染料、重金属离子等。

炭材料具有高比表面积和孔隙结构，可以提高吸附性能。

此外，生物质炭材料还可以作为吸附剂、废水处理剂、气相过滤器等，对环境污染具有良好的治理效果。

2.能源储存生物质炭材料可以作为电容器电极材料，用于储存电能。

炭材料具有优异的导电性和孔隙结构，可以提高电容器的能量密度和功率密度。

此外，生物质炭材料还可以作为锂离子电池的负极材料，用于储存电能。

炭材料具有大量的微孔和介孔，可以提高锂离子电池的循环性能和能量密度。

结论生物质热解制备高品质炭材料是一种绿色、可持续的方法，具有优异的性能和广泛的应用前景。

生物质炭材料可以用于环境治理、能源储存等领域，对减缓能源短缺、改善环境质量发挥重要作用。

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第４４卷第２期
、，０１．４４Ｎ０．２
河
北
工
业
大
学
学
报
２０ｌ５年４月
Ａｐｒｉｌ２０１５
Ｊ０ＵＲＮＡＬ０ＦＨＥＢＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
文章编号：１００７ — ２３７３（２０１５）０２ — ００８１．０７
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ；２．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｐｒｅｐｒｅａｄａｔｄｉｆｅｒｅｎｔｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｕｒｔｅｓｏｆ３００℃ ，４００℃ ，４５０℃ ，５００ ℃ ，６００℃ ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅＦＴＩＲ
固体燃料等二次加工产品．
关
键
词
棉杆颗粒；热解温度；颗粒炭；性能测试；热解炭化
ＴＫ６文献标志码Ａ
中图分类号
Ａｓｔｕｄｙｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｐｙｒｏｌｙｚｅｄｆｒｏｍｃｏｔｔｏｎｓｔａｌｋ
ＦｌｕｉｄａｎｄＰｒｏｃｅｓｓＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｙｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｃｏｔｔｏｎｓｔａｌｋｐｅｌｌｅｔｂｉｏｃｈａｒｓ（ＣＳＰＢ）ｐｒｅｐａｒｅｄａｔｖａｒｉｅｄ
ＤＯＩ：１０．１４０８１￣．ｃｎｋｉ．ｈｇｄｘｂ．２０１５．０２．Ｏ１７
不同温度下棉杆颗粒热解制炭的性能研究
贺强。，孙姣。，蔡雨辰，陈文义１，２
（１．河北工业大学化工学院，天津３００１３０；２．河北工业大学工程流动与过程强化研究中心，天津３００１３０）
摘要
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
ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｕｒｔｅｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅｓａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄｏｔｈｅｒｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔｉｆｅｌｄｓ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓ，ｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓ，ａｐｐａｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆＣＳＰＢ
炭相比其波数在２０００ｃｍ以下的官能团峰值较大．热解温度对ＣＳＰＢ的性能源自响显著，高温颗粒炭有较高的碳
含量、固定碳含量、ｐＨ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、
ｐｅｌｌｅｔａｔｖａｒｉｅｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｕｒｔｅｓ
ＨＥＱｉａｎｇ，ＳＵＮＪｉａｏ，ＣＡＩＹｕｃｈｅｎ，ＣＨＥＮＷｅｎｙｉ ’