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生物质能以其低硫、低氮及CO2“零排放”的优点成为了高效清洁燃烧技术的研究热点,但生物质中高含量的碱金属会造成热化学利用过程中的结焦结渣、积灰沉积及设备腐蚀等问题,同时对热解过程也有催化作用。本文开展了稻秆、谷壳的热解实验,对生物质在热解过程中碱金属的析出规律及催化特性进行了较系统的研究。 首先,利用热重分析仪(TG)和电炉研究了生物质热解过程中碱金属的析出规律。结果表明,碱金属在热解过程中处于活跃易挥发状态,温度越高,碱金属的析出总量越多。到900℃热解终止时稻秆中70.84%的钠和64.28%的钾释放进入气相,谷壳中69.24%的钠和63.51%的钾释放进入气相。 然后,对用去离子水和硝酸淋洗后的生物质样品在TG-FTIR上展开了热解实验,探明了在样品热解过程中其内在碱金属所起到的催化作用。结果表明碱金属促进了样品中半纤维组分的热分解,提高了热解过程中焦的生成率,强化了去甲烷化反应,促使热解向羟基乙醛、酸类等低小分子液体产物的方向转化,增大了CO2和CO的生成量。 最后,对酸洗过后的生物质样品采用氯化钾、氯化钠溶液浸泡,为样品添加K、Na金属元素之后继续对其进行热解实验研究,研究了外在碱金属对生物质热解特性的影响。结果表明,碱金属溶液浸渍大幅度提高了样品中的碱金属元素含量,使样品在较低温度段完成分解,热解最大失重速率降低,有利于其热解过程中高品位气体产物和固体焦的生成。 研究发现在热解过程中可通过控制温度和添加固留剂来抑制碱金属的析出,内外碱金属都会对生物质的热解过程起到显著的催化作用,在样品热解时对其添加碱金属作为催化剂可有效促进热解。