摘要
在过去数十年中，世界范围内的化石燃料消耗急剧增加，温室气体以及SOx与NOx等环境污染物的持续高强度排放，环境问题日益凸显。如何充分利用生物质、风能、太阳能与核能等清洁能源，减少CO2等温室气体排放已成为社会关注的焦点。本课题组正在开展铁尾矿的磁化焙烧研究，如何获得符合绿色发展方向的高还原性气体是该技术能否成功应用的关键。 本研究以广东韶关地区大量种植的杉木与青竹为研究对象，探究杉树木屑与竹屑的基本性质与热解制备还原性气体的影响因素，并对其热解动力学展开分析。主要研究结果如下： （1）杉树木屑与竹屑主要由C、H、O、N、S五种元素构成，其中C、O元素质量占比均达40%以上；两种生物质具有较高的挥发分含量，为75%左右，固定碳含量则约为16%，具有良好的生物质炭制备潜力；两者的纤维素、半纤维素、木质素组成含量有所差异，在热解过程中遵循三阶段热解机理，且在250~400℃温度范围内均出现最大失重，主要热解气体为CO、CO2、CH4。 （2）生物质在含水率低于40%的条件下提高热解温度，有利于还原性气体的制备，在700℃下，Na2CO3催化剂添加量为4%即可让热解气中H2占比有明显提升，从15%以下提升至20%以上，而CO占比则有所降低，总还原性气体含量基本保持不变。利用纤维素、木聚糖与木质素配制模拟杉树木屑样品与模拟竹屑样品，采用相同的反应条件进行单因素实验，进一步探究生物质原料组成对于还原性气体产生的影响规律。结果表明两种模拟生物质的热解气变化趋势与原生物质在大部分情况下相同，但彼此间的差异不如原生物质明显，这是由于在混合样品中纤维素、木聚糖、木质素之间不以共价键的形式结合，导致三者的相互作用并不显著。但混合样品的热解气H2含量要大于原生物质样品，这主要是因为混合样品缺乏足够的孔隙度，使气体的挥发与扩散得到抑制，促进了二次反应的发生。 （3）在升温速率分别为10、20、40K·min-1的条件下对杉树木屑与竹屑烘干样品进行热重分析，利用KAS法、FWO法和Friedman法3种方法计算热解活化能，其结果表明杉树木屑与竹屑在热解转化率0.1~0.7时有较好的线性拟合度。利用Coats-redfern积分法与主图法进行线性拟合，计算得知两种生物质热解过程均符合级数反应模型，且随着升温速率的提高，反应级数呈下降趋势，向一级反应趋近。杉树木屑、竹屑的活化能分别为126.52~135.43kJ·mol-1与112.39~118.75kJ·mol-1，杉树木屑的热解活化能略高于竹屑。
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