添加剂对生物质热解影响研究

2022-11-15

生物质能主要指的是太阳能以化学能形式被存储在生物质内, 形成了以生物质为载体的能量形式, 它一般存在于能够进行光合作用的生物体内, 以植物为代表, 通过现代技术能够将其转化为固态、液态以及气态的燃料, 属于可再生性资源, 能够有效解决人类目前所面临的能源危机情况。

1 生物质能利用技术的概述

生物质能是一种优质的可再生性资源, 其会随着具有光合作用的绿色植物的生长而不断增加, 并且其能量密度较低, 在转化过程中能够提高效率。因此人类目前掌握了多种生物质能的利用技术, 其根据所利用的物质条件不同, 可以将利用技术分为三大类, 主要包括生物转换技术、物理转换技术和化学转换技术。其中生物转换技术主要是利用厌氧发酵技术, 配合各种具有特殊性质的酶对有机物进行水解反应, 进而产生各类燃料, 其中以沼气池最为常见;而物理转换技术主要是通过压缩、萃取等物理方法, 将原本结构呈松散状态的生物质能转变为液态或固态的燃料, 提高其能量浓度;而化学转换技术则是利用热解反应和酯交换技术来完成的, 在进行转换的过程中大多会用到无机物添加剂进行催化。

2 添加剂对生物质能热解情况影响的实验

2.1 实验材料和仪器

实验材料选择的是杉木、松木以及棉秆的锯屑, 而实验仪器主要包括电热干燥箱、电子天平、万能粉碎机、箱式电阻炉、微波高温炉等。添加剂包括Na OH、Na2CO3、Na2Si O3、Na Cl、Ti O2、H3PO4以及Fe2 (SO4) 3这7种。

2.2 实验方法

首先, 将杉木、松木以及棉秆进行粉碎, 并将其碎屑放入电热干燥箱内进行干燥, 温度设定为105℃, 干燥的时间大约在3-4 h。然后将干燥后的木屑加入蒸馏水和各种添加剂, 其剂量配比为木屑:蒸馏水:催化剂=60 g:400 ml:6 g, 但其中Na2Si O3和H3PO4比较特殊, 这两种添加剂的剂量分别为12.2 g和7.1g。第三, 将已经配好的实验原料放在常温阳光处晒足24 h, 防止原料中湿度过大导致烘干过程中出现烤焦的情况。第四, 将原料放入电热干燥箱中进行干燥, 温度设定同样为105℃, 时间同样为3-4 h, 待干燥完毕后将原料取出密封保管。第五, 本次实验主要应用的是常规热解技术和微波热解技术两种, 取55 g的原料填入反应器中, 盖紧反应器的盖子, 对其进行反应。另外反应器内还需要进行排气, 以免气体中的杂质导致实验数据误差或引起实验事故等。

2.3 实验结果分析

本次实验中, 当加入不同添加剂的原料在500℃的条件下进行热解, 其各类能源物质的产率均不相同, 其中以Na2Si O3所产生的液体产率最低, 但是其固体产物产率最高, 同时气体物质产率较低, 导致这种情况的原因可能是由于Na2Si O3是一种胶状物质, 一般难溶于水中, 因此很难与原料进行混合, 因此对热解产物的产出率有着较大的影响。其具体如下图:

另外, 在上图中还可以看出, 本身呈碱性或中性的添加剂, 其对于杉木的热解气体产物产率的影响较小, 其产物产率基本相同, 但是具有酸性的添加剂对于杉木的热解气体产物产率的影响较大, 能够提升其气体产物的产率, 并且其产率随着酸性的增加而增加。这主要是由于酸性添加剂能够与杉木中的纤维素发生反应, 形成单糖物质, 而单糖物质还还能够继续进行热解, 并最终转化为气体产物。另外, 本次试验中的7种添加剂均使得杉木的液体产物的产率下降, 这主要是由于大部分物质均被热解转化为气体产物, 并且杉木热解所产生的焦油等大分子物质更加容易被转化为气体, 因此减小了液体产物的数量。同时, 杉木的固体产物产率也有所增加, 其中以加入Na2Si O3产生的最多同样的, 运用这7中添加剂也使得松木的液体产物的产率明显降低, 并且使得气体产物的产率增高, 另外, 具有碱性的添加剂使得松木的固体产物产率大幅度增加, 但是酸性或中性的添加剂对于松木固体产物的产率影响情况不大。而对于棉秆来说, 其所添加的7种添加剂也使得液体产物的产率降低, 提高了气体产物的产率, 但是相比于杉木和松木, 棉秆的固体产物产率也有所降低。其主要原因在于棉秆本身含有较多的矿物质, 其能够有效参与热解反应, 使得棉秆的热解更加彻底和充分, 因此使得气体产物的产率大幅度提高。

3 结语

在利用热解技术对生物质能进行利用时, 应该对所利用的生物质能进行研究, 并根据所需要的能量的物质形态选择适当的无机添加剂, 这样就能够提高目标产物的产量, 增加人类对于生物质能的利用率, 进一步解决能源危机。

摘要：本文即是对添加剂对生物质热解的影响进行研究, 首先论述了生物质能的利用技术, 然后以杉木、松木以及棉秆的锯屑作为原料, 利用Na OH、Na2CO3、Na2Si O3、Na Cl、Ti O2、H3PO4以及Fe2 (SO4) 3作为添加剂, 了解着7种添加剂对3种生物质热解产物产率、析出时间、热解产物类型等方面的影响进行研究, 以期能为相关工作提供参考。

关键词：生物质能,热解技术,添加剂,影响