亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        農(nóng)業(yè)生物質(zhì)與塑料共熱解技術(shù)進(jìn)展

        2022-10-30 12:20:00謝騰趙立欣姚宗路霍麗麗賈吉秀張沛禎田利偉傅國(guó)浩
        化工進(jìn)展 2022年10期
        關(guān)鍵詞:協(xié)同效應(yīng)生物質(zhì)產(chǎn)率

        謝騰,趙立欣,姚宗路,霍麗麗,賈吉秀,張沛禎,田利偉,傅國(guó)浩

        (1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081;2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)農(nóng)村碳達(dá)峰碳中和研究中心,北京 100081)

        中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)作物播種面積超過(guò)1.65億公頃,秸稈等農(nóng)業(yè)生物質(zhì)、農(nóng)膜等塑料廢棄物資源量大。據(jù)第二次全國(guó)污染源普查結(jié)果顯示,全國(guó)秸稈產(chǎn)生量8.05 億噸,可收集資源量6.74 億噸,利用量5.85 億噸,仍有近8900 萬(wàn)噸秸稈未被有效利用。我國(guó)覆膜土地面積超過(guò)2000 萬(wàn)公頃,農(nóng)膜使用量達(dá)到246.5萬(wàn)噸,其中,地膜使用量140.4萬(wàn)噸,回收率不到70%,大量地膜殘留在土壤中,特別是甘肅、新疆等西北地區(qū),地膜污染問(wèn)題尤為突出。與此同時(shí),回收后的廢舊地膜含雜率高,資源化利用率不到50%,農(nóng)業(yè)面源污染防控壓力大,秸稈與地膜混雜在一起難以分離,亟待開(kāi)發(fā)有效的共處理利用技術(shù),提升農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用水平。

        共熱解技術(shù)是解決秸稈等生物質(zhì)和農(nóng)膜等塑料類(lèi)廢棄物的最優(yōu)路徑之一,可將其轉(zhuǎn)化為氣、液、固三相產(chǎn)物,經(jīng)過(guò)提質(zhì)、改性后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高值利用,該技術(shù)具有原料適用范圍廣、工藝成熟等優(yōu)勢(shì)。一定比例的塑料與生物質(zhì)混合共熱解,可促進(jìn)氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物生成,并能夠有效提高產(chǎn)物的品質(zhì)。國(guó)內(nèi)外已初步開(kāi)展了反應(yīng)條件、反應(yīng)機(jī)理、協(xié)同效應(yīng)以及產(chǎn)物特性等方面的共熱解研究,但現(xiàn)有研究共熱解的反應(yīng)機(jī)理尚不明確,各組分對(duì)熱解產(chǎn)物的貢獻(xiàn)仍不完全清楚,亟需進(jìn)一步深入探索。

        本文綜述了國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)與塑料共熱解技術(shù)研究進(jìn)展,從共熱解機(jī)理(動(dòng)力學(xué)反應(yīng)和協(xié)同效應(yīng))、主要影響因素(溫度、物料混配比、升溫速率、滯留時(shí)間)以及產(chǎn)物特性等三個(gè)方面綜述了共熱解技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)規(guī)律和研究進(jìn)展,探討農(nóng)業(yè)生物質(zhì)與塑料共熱解技術(shù)的應(yīng)用前景,為促進(jìn)秸稈與農(nóng)膜等多元混合廢棄物的高值利用提供技術(shù)支撐。

        1 共熱解機(jī)理

        1.1 熱解動(dòng)力學(xué)模型

        熱解動(dòng)力學(xué)包括機(jī)理反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和表現(xiàn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。機(jī)理反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要從化學(xué)反應(yīng)角度對(duì)生物質(zhì)熱解進(jìn)行解析,掌握熱解過(guò)程中的內(nèi)在反應(yīng)機(jī)理;表現(xiàn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要是尋找能夠反映熱解全局失重過(guò)程的表現(xiàn)動(dòng)力學(xué)模型?;趧?dòng)力學(xué)模型,可探究熱解過(guò)程中物料熱解速率或預(yù)測(cè)熱解產(chǎn)物生成速率,揭示共熱解過(guò)程中物料之間的協(xié)同效應(yīng)及反應(yīng)過(guò)程活化能和指前因子變化規(guī)律,對(duì)熱解反應(yīng)器設(shè)計(jì)以及工藝優(yōu)化具有重要參考價(jià)值。熱解動(dòng)力學(xué)模型主要基于熱重曲線(xiàn)和阿倫尼烏斯方程進(jìn)行研究,模擬物料失重的動(dòng)力學(xué)模型可分為2種,模型擬合法假設(shè)反應(yīng)模型()(為反應(yīng)轉(zhuǎn)化率),根據(jù)反應(yīng)模型強(qiáng)制擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)以獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù),如Coats-Redfern、分布式活化能模型(DAEM)等;等轉(zhuǎn)化法根據(jù)原料在不同組(3~5組)升溫速率條件下所得TG曲線(xiàn),直接確定反應(yīng)活化能,如Flynn-Wall-Ozawa(FWO)、Friedman-Reich-Levi(FRL)、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)等。模擬熱解產(chǎn)物分布的動(dòng)力學(xué)模型包括集總動(dòng)力學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模型、化學(xué)脫揮發(fā)模型等,生物質(zhì)熱解過(guò)程復(fù)雜極大程度限制此類(lèi)模型的應(yīng)用。各種動(dòng)力學(xué)模型的分類(lèi)如圖1所示。

        圖1 熱解技術(shù)典型動(dòng)力學(xué)模型

        生物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致其熱解過(guò)程熱化學(xué)反應(yīng)繁瑣,復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)也限制動(dòng)力學(xué)模型在模擬生物質(zhì)熱解產(chǎn)物分布方面應(yīng)用。目前,借助動(dòng)力學(xué)模型對(duì)原料熱解失重速率研究相對(duì)較多,主要方法包括模型擬合法和等轉(zhuǎn)化法,模型擬合法中分布活化能模型精度相對(duì)較高,分布擬合法的擬合相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.99,因此被廣泛關(guān)注。DAEM 模型具有精度高、反應(yīng)模型適用范圍廣等特點(diǎn),適用于生物質(zhì)熱解規(guī)律模擬,但需要開(kāi)發(fā)多階DAEM模型對(duì)其熱解過(guò)程進(jìn)行模擬,以揭示生物質(zhì)熱解規(guī)律、確定相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。等轉(zhuǎn)化法是另一種模擬熱解失重速率的方法,可細(xì)分為微分法和積分法;熱重曲線(xiàn)分析過(guò)程中存在熱分析數(shù)據(jù)基線(xiàn)不明確或轉(zhuǎn)化率精度不夠等情況,導(dǎo)致微分法誤差較大,因此,積分法更多用于模擬生物質(zhì)熱解規(guī)律。

        研究發(fā)現(xiàn),不同種類(lèi)生物質(zhì)、塑料反應(yīng)活化能不同;同種生物質(zhì)或塑料因自身理化特性或動(dòng)力學(xué)模型選取不同,也會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)活化能存在差異;指前因子與物質(zhì)本身的化學(xué)反應(yīng)特性相關(guān),不同熱解階段指前因子表現(xiàn)出較大差異,這可能與不同熱解階段化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型相關(guān)?;诂F(xiàn)有文獻(xiàn)研究結(jié)果,生物質(zhì)與塑料共熱解可降低塑料熱解所需活化能,表明生物質(zhì)與塑料共熱解過(guò)程存在協(xié)同效應(yīng)。生物質(zhì)熱解所需活化能大小與生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等三素含量相關(guān),生物質(zhì)與塑料共熱解過(guò)程中,各組分熱解相互影響,導(dǎo)致活化能發(fā)生變化,特定的生物質(zhì)/塑料混配比可降低反應(yīng)活化能。常見(jiàn)生物質(zhì)、塑料以及生物質(zhì)與塑料共熱解反應(yīng)活化能見(jiàn)表1。

        表1 不同原料熱解/共熱解活化能和指前因子對(duì)照

        ?epeliogullar等研究棉花秸稈與PET、PVC共熱解,發(fā)現(xiàn)塑料熱解所需活化能高于生物質(zhì)熱解所需活化能。Kai等采用KAS和FWO方法對(duì)玉米秸稈和HDPE共熱解機(jī)理進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)共熱解活化能與轉(zhuǎn)化率相關(guān),HDPE質(zhì)量占比20%時(shí),隨著轉(zhuǎn)化率增加,共熱解所需活化能呈現(xiàn)出增加趨勢(shì);玉米秸稈占比80%時(shí),正協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng)。Chakraborty等采用KAS 和FWO 方法對(duì)微藻、市政污泥和雪松木共熱解過(guò)程活化能、焓變和吉布斯自由能進(jìn)行計(jì)算,發(fā)現(xiàn)兩種模型所得動(dòng)力學(xué)參數(shù)相差較??;微藻、市政污泥和雪松木三者質(zhì)量混配比為2∶1∶0時(shí),體系反應(yīng)所需活化能最小,值為57kJ/mol,質(zhì)量混配比為0∶1∶0 時(shí),體系反應(yīng)所需活化能最大,值為548.5kJ/mol,表明多原料共熱解時(shí)物料之間發(fā)生相互作用,改變體系活化能。Burra 等研究松木與聚碳酸酯(PC)、PET、PP三種不同塑料共熱解協(xié)同動(dòng)力學(xué),結(jié)果表明共熱解協(xié)同程度最強(qiáng)時(shí),混合物料中塑料占比不同(PET>PC>PP)。Zhou 等用3 個(gè)獨(dú)立一階反應(yīng)揭示木屑與LDPE 共熱解過(guò)程,發(fā)現(xiàn)物料質(zhì)量混配比1∶1 時(shí),隨著鉀含量增加,體系反應(yīng)活化能和指前因子呈先增加后減小趨勢(shì),并提出木屑與LDPE 共熱解3 個(gè)階段存在相互補(bǔ)償效應(yīng)。

        1.2 協(xié)同效應(yīng)機(jī)理

        生物質(zhì)與塑料共熱解協(xié)同效應(yīng)表現(xiàn)為不同物質(zhì)隨溫度變化而分解,并產(chǎn)生相互促進(jìn)或抑制作用。目前,研究者對(duì)共熱解機(jī)理持兩種不同觀點(diǎn)。大部分研究者認(rèn)為,生物質(zhì)與塑料的共熱解機(jī)制與塑料熱解機(jī)制類(lèi)似,為激發(fā)機(jī)制,主要分為三個(gè)階段,即原料吸收熱量由基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)、形成二級(jí)自由基[解聚、形成單體、有利和不利的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)、分子間氫轉(zhuǎn)移(形成鏈烷烴和二烯)以及通過(guò)乙烯基異構(gòu)化],最終進(jìn)行自由基的歧化或重組。少數(shù)研究者認(rèn)為,生物質(zhì)與塑料共熱解可能存在兩種反應(yīng):一是木質(zhì)素/半纖維素分解產(chǎn)物與塑料反應(yīng),其反應(yīng)產(chǎn)物與纖維素反應(yīng);二是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素分解產(chǎn)物同時(shí)和塑料發(fā)生熱解反應(yīng),包括生物質(zhì)和塑料揮發(fā)物之間的相互作用、揮發(fā)分與焦炭之間的相互作用等。木質(zhì)纖維素類(lèi)與PE 共熱解機(jī)理(激發(fā)機(jī)制)如圖2所示,纖維素、半纖維素在200℃左右開(kāi)始分解,其次在400℃左右木質(zhì)素分解,木質(zhì)纖維素類(lèi)熱解生成生物炭和中間體;PE 熱解生成低分子量中間體,中間體分解為低聚烯烴的過(guò)程中,通過(guò)β斷鍵生成氫供體;氫供體與木質(zhì)纖維素類(lèi)熱解生成的中間體發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),最終生成炭、氣、油三相產(chǎn)物。

        圖2 木質(zhì)纖維素類(lèi)與PE共熱解機(jī)理

        Xue 等研究發(fā)現(xiàn)堿金屬和堿土金屬抑制玉米秸稈和聚乙烯共熱解協(xié)同效應(yīng);玉米秸稈衍生呋喃和PE 衍生烯烴可發(fā)生更強(qiáng)的Diels-Alder 反應(yīng),促進(jìn)共熱解協(xié)同效應(yīng);此外,發(fā)現(xiàn)酸處理顯著增強(qiáng)共熱解協(xié)同效應(yīng)。Xu 等通過(guò)生物炭負(fù)載的鎳基催化劑催化共熱解試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在混合原料中,隨著PE占比增加,熱解氣體產(chǎn)物中H含量呈增加趨勢(shì),當(dāng)PE質(zhì)量占比75%時(shí),熱解氣中H最高,為42.28mmol/g。Kai 等研究玉米秸稈和HDPE 共熱解發(fā)現(xiàn),混合原料中HDPE質(zhì)量占比20%時(shí),促進(jìn)熱解氣體產(chǎn)物中H生成。Razzaq等研究發(fā)現(xiàn)蒸汽催化小麥秸稈和PS 共熱解,加強(qiáng)了共熱解協(xié)同效應(yīng),促進(jìn)共熱解油生成。Chen等研究泡桐木和不同塑料的熱解協(xié)同效應(yīng),發(fā)現(xiàn)泡桐木和PP/PVC 共熱解泡桐木質(zhì)量占比25%時(shí),共熱解協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng)。Yuan等研究纖維素與HDPE不同混配條件下共熱解協(xié)同效應(yīng),發(fā)現(xiàn)共熱解過(guò)程分為兩個(gè)階段:第一階段纖維素分解,分解溫度為260~410℃;第二階段HDPE分解,分解溫度為410~527℃,兩者之間存在協(xié)同效應(yīng),且當(dāng)纖維素與HDPE質(zhì)量混配比為1∶3時(shí),協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng),并促進(jìn)HO、CO/CH和CO生成。Kasataka 等研究發(fā)現(xiàn)原料粒徑影響共熱解協(xié)同效應(yīng),LDPE 和雪松木(<75μm)顆?;旌衔锕矡峤鈺r(shí),氣體產(chǎn)率為29.20%,是單一原料熱解氣體產(chǎn)率的2.8倍;液體產(chǎn)率為34.6%,是單一原料熱解液體產(chǎn)率的1.5 倍,并用自由基相互作用機(jī)制揭示共熱解協(xié)同效應(yīng)。Gunasee 等區(qū)分了脫揮發(fā)分和凝結(jié)過(guò)程中協(xié)同效應(yīng),發(fā)現(xiàn)脫揮發(fā)分和冷凝過(guò)程的協(xié)同作用都可促進(jìn)液態(tài)產(chǎn)物生成。

        大部分塑料與生物質(zhì)共熱解均可促進(jìn)液體和氣態(tài)產(chǎn)物生成,對(duì)生物炭生成呈現(xiàn)出抑制作用。這種促進(jìn)和抑制作用的強(qiáng)弱與共熱解原料理化特性、混配比及粒徑有關(guān)。此外,生物質(zhì)與塑料共熱解方面,研究者們對(duì)協(xié)同效應(yīng)研究多集中于產(chǎn)物生成與產(chǎn)物分布情況,而對(duì)產(chǎn)物形成過(guò)程研究相對(duì)較少。

        2 共熱解協(xié)同效應(yīng)影響因素

        2.1 反應(yīng)條件對(duì)共熱解影響規(guī)律

        影響共熱解的工藝參數(shù)有熱解溫度、升溫速率、滯留時(shí)間等。其中,熱解溫度是影響共熱解產(chǎn)物產(chǎn)率及分布的主要參數(shù)之一。共熱解溫度介于500~800℃之間,共熱解升溫速率介于10~50℃/min,滯留時(shí)間在30~150min 之間。與單一原料熱解特性相比,混合原料熱解特性表現(xiàn)出顯著差異性。共熱解固體、液體產(chǎn)率與熱解溫度呈負(fù)相關(guān),高溫條件下促進(jìn)生物炭、焦油等物質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氣態(tài)產(chǎn)物,導(dǎo)致固體、液體產(chǎn)率降低,氣體產(chǎn)率增加;升溫速率和滯留時(shí)間影響共熱解產(chǎn)物分布,低升溫速率和長(zhǎng)滯留時(shí)間有利于熱解過(guò)程傳質(zhì)傳熱,進(jìn)而保證揮發(fā)分充分析出,改變產(chǎn)物分布規(guī)律。

        PC、PET以及聚烯烴類(lèi)塑料(PE、PP、PS)的熱解溫度介于300~550℃之間,為一步熱解,熱重曲線(xiàn)表現(xiàn)出單獨(dú)分解峰;PE、PP、PS 等塑料最大失重速率介于380~500℃之間。熱重分析表明PP與木屑共熱解相互作用不顯著,兩者協(xié)同效應(yīng)表現(xiàn)為木屑熱解炭催化PP 熱解。研究表明添加PET,增加了木屑熱解揮發(fā)分釋放速率,木屑熱解生成的酚、醚可與PET脫鍵形成的芐基酯發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成穩(wěn)定的中間體;PET、PC與木屑共熱解協(xié)同效應(yīng)相似,但PC 與木屑共熱解對(duì)塑料聚合峰(減緩)、木屑分解峰(增強(qiáng))影響更加顯著。LDPE熱解最大失重速率對(duì)應(yīng)溫度為480℃,熱解主要產(chǎn)物為輕質(zhì)烴類(lèi),固體產(chǎn)率小于1%;LDPE、纖維素混合物共熱解固體產(chǎn)率(約3%)低于預(yù)測(cè)值(約5%),表明在纖維素和LDPE 之間存在相互作用,可能與塑料熱解焦炭的二次開(kāi)裂有關(guān)。PVC與其他塑料不同,其熱解分為兩步:第一步熱解發(fā)生在230~400℃,最大失重速率為6.88mg/min,對(duì)應(yīng)溫度為304℃;第二步熱解發(fā)生在400~560℃之間。最大失重速率為2.4mg/min,對(duì)應(yīng)溫度為466℃。與單一生物質(zhì)熱解相比,PVC與生物質(zhì)共熱解失重峰更低,表明共熱解過(guò)程存在協(xié)同效應(yīng)。陳宏鵬等研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈單獨(dú)熱解液相產(chǎn)物產(chǎn)率與熱解溫度呈正相關(guān);PP熱解溫度與固相、液相產(chǎn)率呈負(fù)相關(guān),與氣相產(chǎn)率呈正相關(guān),熱解溫度由450℃增加到650℃,液體產(chǎn)率減少6.54%,氣體產(chǎn)率增加13.73%,熱解炭產(chǎn)率明顯下降;熱解溫度為650℃、物料質(zhì)量混配比為2∶1時(shí),氣體產(chǎn)率達(dá)到最高值,轉(zhuǎn)化率為29.17%,玉米秸稈占比與甲烷、氫氣產(chǎn)率呈正相關(guān)。Zhang 等研究玉米秸稈與HDPE 共熱解,發(fā)現(xiàn)熱解溫度為700℃、物料質(zhì)量混配比大于1∶1時(shí),可促進(jìn)碳?xì)浠衔锷伞uesada等研究發(fā)現(xiàn),熱解溫度為500℃、滯留時(shí)間為120min、升溫速率為20℃/min時(shí),市政污泥和PE共熱解液體產(chǎn)率最佳,液體分餾產(chǎn)率為73.11%,熱值為11.42kcal/g(1kcal/g=4.18kJ/g)。Samal 等研究發(fā)現(xiàn)桉樹(shù)木和LDPE共熱解溫度為450℃時(shí),炭化程度最佳,燃料比和固定碳含量分別為79%和69%;滯留時(shí)間與熱解炭產(chǎn)率、熱值呈負(fù)相關(guān),隨著滯留時(shí)間增加,生物炭揮發(fā)分含量減少、孔徑和比表面積增加。

        2.2 原料混配比對(duì)共熱解影響規(guī)律

        共熱解原料的種類(lèi)及質(zhì)量混配比影響共熱解協(xié)同效應(yīng)及產(chǎn)物分布。生物質(zhì)與塑料共熱解以?xún)煞N原料混合為主,原料質(zhì)量混配比在1∶10之間。不同生物質(zhì)與塑料共熱解協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)物料質(zhì)量混配比不同,塑料占比為25%~50%時(shí),共熱解正向協(xié)同效應(yīng)顯著。共熱解過(guò)程中,塑料是H供體主要來(lái)源,適量的H供體促進(jìn)生物質(zhì)分解,增強(qiáng)反應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。梁江輝研究發(fā)現(xiàn)稻草與LDPE共熱解,LDPE占比30%時(shí)生物油產(chǎn)率最高,為29.83%,生物油中烴類(lèi)含量高達(dá)30.80%,酸類(lèi)含量最小。?nal 等研究棕櫚殼和HDPE 在500℃下共熱解,發(fā)現(xiàn)物料混配比為2∶1時(shí)協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng),所得固、液、氣三相產(chǎn)物產(chǎn)率分別達(dá)到9.25%、66.30%、24.45%;棕櫚殼熱解產(chǎn)生炭和自由基,自由基誘導(dǎo)聚合物解聚生成2-烯烴,增強(qiáng)了共熱解過(guò)程中棕櫚殼分解,導(dǎo)致熱解固體產(chǎn)率較低;與棕櫚殼單獨(dú)熱解相比,共熱解液體產(chǎn)率增加約27.15%,主要原因是氫從聚烯烴轉(zhuǎn)移到生物質(zhì)衍生的自由基發(fā)生化學(xué)反應(yīng),增強(qiáng)纖維素?zé)峤獬跫?jí)產(chǎn)物的穩(wěn)定性,進(jìn)一步增加液體產(chǎn)率。Oyedun 等研究發(fā)現(xiàn)PS 和竹子共熱解時(shí),PS占比25%時(shí),協(xié)同效應(yīng)最顯著。Fan等研究纖維素、半纖維素及木質(zhì)素和PE共熱解,發(fā)現(xiàn)與生物質(zhì)組分熱解相比,共熱解顯著提高生物油產(chǎn)率并降低氣體產(chǎn)率;纖維素與PE 共熱解過(guò)程中存在氫和碳的轉(zhuǎn)移;半纖維素與PE 共熱解液體產(chǎn)物主要包括木聚糖衍生物和長(zhǎng)鏈脂肪烴;木質(zhì)素與PE 共熱解液體產(chǎn)物中長(zhǎng)鏈含氧/苯環(huán)結(jié)構(gòu)、單芳烴增加;3 種原料分別與PE 共熱解過(guò)程存在協(xié)同效應(yīng)。研究表明共熱解過(guò)程中隨著HDPE含量增加,促進(jìn)烴類(lèi)生成,抑制HO和H生成;HDPE質(zhì)量占比為75%時(shí),抑制CO生成。

        3 共熱解三態(tài)產(chǎn)物特性

        3.1 氣態(tài)產(chǎn)物

        生物質(zhì)與塑料共熱解氣態(tài)產(chǎn)物有CH、CH、CO、CO和H等。塑料具有H/C比高的特點(diǎn),共熱解過(guò)程中隨著塑料占比增加,熱解氣態(tài)產(chǎn)物中H、CH含量增加,CO、CO含量變化趨勢(shì)與物料種類(lèi)相關(guān)??傊镔|(zhì)與塑料共熱解能夠促進(jìn)氣態(tài)產(chǎn)物生成,提高可燃?xì)庹急?,進(jìn)而提高了可燃?xì)獾钠焚|(zhì)。

        Kai 等研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈與HDPE 共熱解時(shí),玉米秸稈質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于80%,促進(jìn)H、CO/CH生成;玉米秸稈質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于60%時(shí),可促進(jìn)CH生成。纖維素與HDPE 共熱解促進(jìn)小分子揮發(fā)物(HO、CO/CH、CO)釋放,當(dāng)物料質(zhì)量混配比為1∶3 時(shí),顯著提升氣體產(chǎn)物生成。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)共熱解可提高產(chǎn)氣率,隨著LDPE 添加量增加,氣態(tài)產(chǎn)物低位熱值增加,此外,共熱解促進(jìn)小分子烴類(lèi)生成。Kai 等研究水稻秸稈與HDPE 共熱解,發(fā)現(xiàn)隨著HDPE含量增加,氣態(tài)產(chǎn)物中含氧官能團(tuán)減少,H和碳水化合物含量增加。Xue 等研究發(fā)現(xiàn),櫸木和PE為原料進(jìn)行共熱解時(shí),PE抑制氣態(tài)產(chǎn)物中CO、CO 生成;Kumagai 等以紅橡木和PE 為原料進(jìn)行共熱解,得到一致結(jié)論。Chen等研究發(fā)現(xiàn)煙草秸稈與廢棄輪胎共熱解氣態(tài)產(chǎn)物中烷基、烯烴、芳烴等有機(jī)成分增加20%。

        3.2 液態(tài)產(chǎn)物

        液態(tài)產(chǎn)物是生物質(zhì)與塑料共熱解的主要產(chǎn)物,也是研究的焦點(diǎn)。大量研究表明生物質(zhì)與塑料共熱解促進(jìn)液態(tài)產(chǎn)物生成,與生物質(zhì)熱解相比,共熱解液態(tài)產(chǎn)物具有低含水率、低含氧量、低酸類(lèi)含量和高發(fā)熱量等特點(diǎn)。生物質(zhì)與塑料共熱解也可改變液態(tài)產(chǎn)物黏度,不同種類(lèi)原料共熱解對(duì)液態(tài)產(chǎn)物黏度變化趨勢(shì)影響有所差異。

        ?nal 等研究發(fā)現(xiàn)杏仁殼和HDPE 共熱解液態(tài)產(chǎn)物與單一料相比,具有更高熱值,添加HDPE使熱解油H/C比從1.60增加到2.28。Hossain等研究水稻秸稈與PE 共熱解,發(fā)現(xiàn)隨著共混物中PE 增加,液體產(chǎn)率增加,所得液態(tài)產(chǎn)物最高熱值為38.13MJ/kg。Brown 等研究發(fā)現(xiàn)熱解溫度為450℃或550℃時(shí),可促進(jìn)液態(tài)產(chǎn)物生成,熱解溫度為550℃時(shí)液體產(chǎn)率為54%,熱值高達(dá)41.70MJ/kg,接近重質(zhì)燃油熱值。Tang 等研究發(fā)現(xiàn),微藻與LDPE 共熱解可降低液態(tài)產(chǎn)物中氧、氮化合物含量,LDPE 占比25%時(shí),液態(tài)產(chǎn)物脂肪烴含量提高54.77%。此外,相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)棕櫚殼與PS 共熱解所得生物油與棕櫚殼單一熱解油相比,具有更高黏度(50℃下),高于商業(yè)用油黏度。Abnisa等研究發(fā)現(xiàn)棕櫚殼和HDPE 共熱解油具有較高C-H 官能團(tuán)含量,多環(huán)芳烴和苯含量分別為39.59%和32.99%。Chen等研究發(fā)現(xiàn)廢報(bào)紙和HDPE共熱解油黏度低于單一廢報(bào)紙熱解油黏度(40℃下)。不同試驗(yàn)條件下共熱解液體產(chǎn)率及熱值見(jiàn)表2。

        3.3 固態(tài)產(chǎn)物

        生物質(zhì)熱解的固態(tài)產(chǎn)物可作為能源碳使用,生物質(zhì)與塑料共熱解所得固態(tài)產(chǎn)物的理化特性發(fā)生改變,進(jìn)而影響其后期利用。固態(tài)產(chǎn)物包括炭和焦炭,熱值與生物炭相比有所增加,但比表面積、孔隙度相對(duì)較差,可用作固態(tài)燃料、吸收劑、碳涂層等。

        生物質(zhì)與大部分塑料共熱解時(shí),固態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)率與熱解溫度和塑料占比呈負(fù)相關(guān),PVC、PET除外;溫度對(duì)共熱解炭的產(chǎn)率影響最為顯著,其次是塑料占比。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)泡桐木與PVC 和PET共熱解時(shí),熱解炭試驗(yàn)產(chǎn)率高于理論產(chǎn)率,即泡桐木與PVC/PET共熱解促進(jìn)熱解炭的生成。生物質(zhì)與塑料共熱解對(duì)生物炭比表面積影響表現(xiàn)出“雙重作用”,相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)松木及其分別與25%和75%LDPE 混合共熱解得到熱解炭比表面積從185m/g 分別增加到192m/g 和201m/g;而松木及其分別與25%和75%PCV混合共熱解得到熱解炭比表面積從185m/g 分別減少到17.2m/g 和0.7m/g。Oh等研究水稻秸稈與塑料聚合物(PP、PS、PE)共熱解,發(fā)現(xiàn)共熱解過(guò)程添加塑料聚合物可提高熱解炭含碳量、陽(yáng)離子交換能力、pH以及比表面積,增加熱解炭對(duì)2,4-二硝基甲苯和鉛的吸附性。與單一水稻秸稈熱解炭相比較,水稻秸稈與HDPE共熱解炭對(duì)可電離鹵化酚表現(xiàn)出更好的吸附性。共熱解固態(tài)產(chǎn)物的熱值一般高于單一原料固態(tài)產(chǎn)物熱值,生物質(zhì)與塑料共熱解固態(tài)產(chǎn)物熱值介于27~35MJ/kg 之間。不同試驗(yàn)條件下共熱解固體產(chǎn)率及熱值見(jiàn)表2。

        表2 生物質(zhì)與塑料共熱解產(chǎn)物分析

        4 結(jié)語(yǔ)與建議

        生物質(zhì)與塑料共熱解技術(shù)是解決農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用的有效路徑之一,可有效提升生物質(zhì)能源品質(zhì),既避免了因廢棄或焚燒產(chǎn)生的溫室氣體及污染物,又能夠替代煤炭等,顯著降低使用化石能源的溫室氣體排放,技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。

        (1)生物質(zhì)中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等熱化學(xué)性質(zhì)不同,其與塑料共熱解過(guò)程中各組分之間化學(xué)反應(yīng)錯(cuò)綜復(fù)雜,現(xiàn)有技術(shù)研究仍未明確揭示生物質(zhì)與塑料共熱解過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑及元素遷移路徑,尚待繼續(xù)深入研究。仍需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)與塑料熱解機(jī)理研究,深入分析各組分之間交叉反應(yīng),如氣態(tài)物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng),氣態(tài)物質(zhì)與高溫生物炭之間的反應(yīng)等。

        (2)相關(guān)研究基于熱解動(dòng)力學(xué)、熱解工藝、熱解產(chǎn)物等角度,得出生物質(zhì)與塑料共熱解具有一定的協(xié)同效應(yīng),生物質(zhì)與塑料共熱解可提高液體產(chǎn)率、熱值等,但仍存在高含水率、酸含量以及穩(wěn)定性差等問(wèn)題。共熱解液態(tài)產(chǎn)物成分復(fù)雜,提質(zhì)和高值化利用技術(shù)尚待繼續(xù)研發(fā),仍需探究適用于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)與塑料共熱解的最優(yōu)工藝參數(shù),優(yōu)化現(xiàn)有工藝路線(xiàn),促進(jìn)共熱解產(chǎn)物高值化利用。

        (3)現(xiàn)有技術(shù)手段難以支撐共熱解技術(shù)工程應(yīng)用,一是裝備成熟度欠缺,二是熱解液態(tài)產(chǎn)物利用經(jīng)驗(yàn)匱乏,三是產(chǎn)出投入比不高,經(jīng)濟(jì)可行度低。建議試驗(yàn)與模擬相結(jié)合,開(kāi)發(fā)適用于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)與塑料共熱解的新型裝備,推進(jìn)共熱解技術(shù)廣泛應(yīng)用。

        猜你喜歡
        協(xié)同效應(yīng)生物質(zhì)產(chǎn)率
        中國(guó)整體與區(qū)域居民收入周期的協(xié)同效應(yīng)分析
        生物質(zhì)揮發(fā)分燃燒NO生成規(guī)律研究
        能源工程(2021年5期)2021-11-20 05:50:44
        《生物質(zhì)化學(xué)工程》第九屆編委會(huì)名單
        原料粒度對(duì)飼料級(jí)磷酸三鈣性能及產(chǎn)率的影響
        云南化工(2020年11期)2021-01-14 00:50:48
        《造紙與生物質(zhì)材料》(英文)2020年第3期摘要
        超聲輔助水滑石/ZnCl2高效催化Knoevenagel縮合反應(yīng)
        生物質(zhì)碳基固體酸的制備及其催化性能研究
        礦區(qū)老年群體健身方式的協(xié)同效應(yīng)分析
        共同配送協(xié)同效應(yīng)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建
        Chemical Fixation of Carbon Dioxide by Zinc Halide/PPh3/n-Bu4NBrNBr
        国产精品天干天干| 嗯啊 不要 啊啊在线日韩a| 色婷婷日日躁夜夜躁| 99久久精品免费看国产情侣| 国内视频一区| 亚洲一区二区三在线播放| 免费人妻精品区一区二区三| 天堂麻豆精品在线观看| 先锋影音人妻啪啪va资源网站 | 东北少妇不戴套对白第一次| 成人性做爰aaa片免费看| 丁香婷婷色| 日本一本草久国产欧美日韩| 人妻蜜桃日产一本久道综合在线| 91日韩东京热中文字幕| 国产av无码专区亚洲av男同| 国产丝袜视频一区二区三区| 亚洲av区无码字幕中文色| 日韩中文字幕不卡网站| 日美韩精品一区二区三区| 国产一区二区资源在线观看 | 加勒比东京热久久综合| 久久久精品网站免费观看| 亚洲熟女精品中文字幕| 乱中年女人伦av一区二区| 欧美粗大猛烈老熟妇| 一本一道久久a久久精品综合| 久久福利青草精品资源| 久久综合给合久久97色| 亚洲毛片在线免费视频| 久久99精品国产麻豆宅宅| 亲子乱aⅴ一区二区三区下载 | 日产亚洲一区二区三区| 欧洲熟妇色xxxx欧美老妇多毛网站| 99综合精品久久| 青青草视频在线免费观看91| 老熟妇乱子交视频一区| 亚洲欧美日本| 久九九久视频精品网站| 亚洲国产一区一区毛片a | 亚洲一区二区三区自拍麻豆|