本研究对3种粒径的木屑进行试验,可以看出粒径的大小对裂解产物收率有一定的影响,但影响不大。反应物料尺寸增加,液体收率会有增加,随粒径的增加,固体产物收率会显著地降低,物料热解率有很大改善。根据微波加热原理,粒径越大,液体产物收率应越高,但是试验结果显示,粒径为0.5~0.8mm产物收率更高,主要是因为试验选用物料粒径≥0.8mm时,物料粒径越大,反应器中装填密度越小,受传热等因素影响,热解不完全。选用粒径为0.5~0.8mm时,液体和气体收率最大,为试验微波热解木屑的最佳粒径。
2.2微波热解木屑产物分析
2.2.1固体炭的BET分析
通过BET对原料和固体产物的孔结构和比表面积进行分析测定,并与常规加热的焦炭进行比较,结果如表2所示。
表2固体产物孔结构

结果显示,微波热解的固体焦炭比原料和常规加热的固体焦炭的比表面积大得多,经过碱性活化处理可以做活性炭使用,利用价值较大。微波加热焦炭孔径较原料孔径大,具有一定的扩孔作用,主要是因为挥发性组分从内到外的移除清扫了生成的焦炭的孔,使孔径扩大,同时使挥发性物质快速移除,降低了二次反应的发生。
2.2.2生物油组成分析
在微波功率为2.0kW,处理时间为5min,样品质量为6.2g的条件下,生物油的GC-MS分析见图7。

图7微波热解液体产物色谱图
木屑微波热解所产生的生物油组成比较复杂,生物油组分中主要是由苯酚(出峰时间:7.90)、环氧化合物(出峰时间:9.52)、呋喃(出峰时间:7.28)、芳香族化合物(出峰时间:14.46,15.14)和醛、酮、羧酸、酯类等物质组成。其中,酚类及其酚类衍生物(出峰时间:13.06)等物质较多,在成分中的有机化合物中,一般都是带有甲基、甲氧基、烯基等官能团的化合物。
2.2.3气体产物分析
反应过程生成的不可凝气体主要为H2,CO,CO2以及C1~C4烃类,在微波功率为2.0kW,加热时间为5min,处理样品粒径为0.5~0.8mm时,所收集的气体样品的组成如表3所示。
表3气体产物组成

由此可见,气体组成中主要为CO,CO2,H2和甲烷,含有较多的CO和CH4,具有较高的热值。
3结论
(1)微波热解木屑类生物质的工艺条件中,微波功率和反应时间对产物收率影响较大,含水量和反应物料粒径也有一定的影响,为得到最高收率的液体产物,选择较优的工艺条件:微波功率为2.0kW,反应时间为8min,含水量为20%,粒径为0.5~0.8mm。
(2)微波热解焦炭具有较大的比表面积和孔径,经处理可以做活性炭使用;液体产物主要由苯酚、呋喃、芳香族化合物和醛、酮等物质组成,具有较高的含氧量,在生产精细化工品中有较高利用价值;气体产物主要由CO,CO2,H2以及甲烷和乙烯组成,CO和CH4的含量较多,具有较高的热值。
(3)微波热解下传热和传质均为由内及外发生,有效地抑制了二次反应的发生,提高液体和气体产物的产率和质量,也提高了所得生物质炭的质量。
参考文献略









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