揮發(fā)分停留時(shí)間、溫度和水洗對生物質(zhì)熱解生成碳煙的影響

李帥帥，王學(xué)斌，白勝杰，靳啟明，李玉坤，李?艷，譚厚章

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揮發(fā)分停留時(shí)間、溫度和水洗對生物質(zhì)熱解生成碳煙的影響

李帥帥，王學(xué)斌，白勝杰，靳啟明，李玉坤，李?艷，譚厚章

(西安交通大學(xué)熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710049)

在管式爐固定床上進(jìn)行生物質(zhì)高溫?zé)峤庠囼?yàn)，分析研究揮發(fā)分高溫區(qū)停留時(shí)間、熱解溫度和水洗處理對碳煙生成及其理化特性的影響．結(jié)果表明：生物質(zhì)碳煙由揮發(fā)分二次轉(zhuǎn)化生成，在停留時(shí)間極短時(shí)(約0.2s)，生物質(zhì)在900～1200℃熱解觀察不到碳煙生成；延長停留時(shí)間至約2s，生物質(zhì)在≥1000℃下熱解生成大量碳煙，碳煙產(chǎn)率隨熱解溫度升高而提高，且水洗麥稈碳煙產(chǎn)率略高于原樣麥稈．在1000℃下，生物質(zhì)碳煙主要由無定形碳煙組成，熱解溫度升高至≥1100℃時(shí)，可以觀察到洋蔥狀石墨片層結(jié)構(gòu)碳煙，且隨著熱解溫度升高，洋蔥狀石墨片層結(jié)構(gòu)更加清晰．熱解溫度升高，碳煙的石墨化程度提高，氧化活性降低；原樣麥稈碳煙中含有豐富的KCl，其氧化特性顯著優(yōu)于水洗麥稈碳煙．

生物質(zhì)；水洗；熱解；碳煙

隨著溫室效應(yīng)的加劇以及化石燃料的日益枯竭，被認(rèn)為“CO2零排放”的生物質(zhì)燃料受到了世界各國的廣泛關(guān)注．生物質(zhì)是僅次于煤、石油和天然氣的第四大能源，在世界能源總消費(fèi)量中占8%～14%[1-2]．

然而生物質(zhì)燃燒面臨著巨大挑戰(zhàn)．生物質(zhì)中Cl和堿金屬K含量較高，在燃燒過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的積灰、結(jié)渣、腐蝕和微細(xì)顆粒物排放等問題[3]．生物質(zhì)的揮發(fā)分含量較高，不完全燃燒將生成大量的CO、VOCs(volatile organic compounds)、多環(huán)芳烴(PAHs)和碳煙等碳質(zhì)污染物．Zhang和Tao[4]對16種PAHs全球大氣排放清單的研究表明：2004年全球PAHs排放總量約為520Gg，其中生物質(zhì)燃燒排放的PAHs占比超過50%，在我國生物質(zhì)燃燒排放的PAHs更是高達(dá)總排放量的66.4%．作為前驅(qū)物，PAHs在大于1000℃的高溫下長大并析出，轉(zhuǎn)化為危害性更強(qiáng)的碳煙；碳煙粒徑較小，原生碳煙顆粒的粒徑一般在10～50nm之間，容易入肺且易富集PAHs和重金屬，嚴(yán)重危害人體健康[5]．Cho等[6]研究了含碳物質(zhì)對肺部的毒性，表明碳煙比其他含碳污染物的毒性更強(qiáng)．碳煙的輻射率較高，可以強(qiáng)化燃燒室輻射換熱，Beltrame等[7]對甲烷擴(kuò)散火焰中碳煙和NO生成的研究結(jié)果表明火焰區(qū)高濃度的碳煙強(qiáng)化輻射散熱導(dǎo)致火焰區(qū)溫度降低10～50K，NO峰值體積分?jǐn)?shù)降低20%～25%．碳煙的輻射強(qiáng)度在0.2～1.2W/m2之間，是僅次于CO2的溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)者，沾附在冰雪表面的碳煙提高了冰雪的吸收率，加快了南北極和青藏高原的冰雪消融[8-9]．

通過對甲烷、乙烯等小分子碳?xì)淙剂先紵^程中碳煙生成的廣泛研究，研究者建立了詳細(xì)的碳煙生成機(jī)理模型[10-12]．但是生物質(zhì)的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在高溫下生成碳煙的機(jī)理遠(yuǎn)比小分子碳?xì)淙剂蠌?fù)雜，目前還沒有建立一種公認(rèn)的生物質(zhì)碳煙生成機(jī)理的普遍理論[13]．生物質(zhì)碳煙由揮發(fā)分在高溫下二次轉(zhuǎn)化生成，溫度和生物質(zhì)固有的堿金屬K等無機(jī)礦物元素對生物質(zhì)熱解揮發(fā)分的產(chǎn)率、組分具有重要影響，進(jìn)而影響生物質(zhì)碳煙生成[14-15]．此外，目前絕大部分研究將生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化過程中碳煙生成和無機(jī)礦物元素的氣化-凝結(jié)視為相互獨(dú)立的過程，并未考慮無機(jī)礦物元素在碳煙生成和氧化過程存在的摻雜、催化等交互作用[16]．

為探究熱解溫度和堿金屬K等無機(jī)礦物元素對生物質(zhì)碳煙生成的影響，選取麥稈并進(jìn)行水洗處理，在固定床上對水洗麥稈和原樣麥稈進(jìn)行高溫(900～1200℃)熱解實(shí)驗(yàn)制取碳煙，進(jìn)一步分析碳煙的產(chǎn)率、納米微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和氧化動力學(xué)特性．最后結(jié)合不凝氣體和焦油組分特性，揭示生物質(zhì)碳煙的形成機(jī)理．

1?實(shí)驗(yàn)部分

1.1?實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)使用粒徑小于150μm的麥稈，工業(yè)分析及元素分析見表1．將麥稈置于燒杯中，按照水與麥稈之比為50mL∶1g加入去離子水；然后將燒杯置于80℃的水浴鍋中，24h后取出過濾得到水洗麥稈；最后將水洗麥稈在105℃的烘箱中干燥24h后重新研磨至小于150μm．水洗處理導(dǎo)致麥稈灰分含量ad由13.1%降低至9.0%．原樣麥稈和水洗麥稈灰成分如表2所示．與原樣麥稈相比，水洗麥稈灰成分中K、Cl、S和P含量降低，其中K2O含量由26.8%降低至10.3%，Cl含量由5.57%降低至0.80%，脫K和脫Cl效率分別為74%和90%．

表1?麥稈的工業(yè)分析和元素分析

Tab.1?Proximate and ultimate analyses of the raw straw

表2?麥稈的灰成分組成

Tab.2 Compositionanalysis of raw straw ash and water-leached straw ash

1.2?固定床熱解系統(tǒng)

高溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)在管式爐固定床上進(jìn)行，結(jié)構(gòu)如圖1所示．實(shí)驗(yàn)臺由載氣系統(tǒng)、石英管反應(yīng)器、碳煙收集器、焦油冷凝吸收系統(tǒng)、氣體過濾及收集系統(tǒng)組成．石英管反應(yīng)器1號的恒溫區(qū)長度約為800mm，熱解揮發(fā)分在恒溫區(qū)停留時(shí)間約為2s．石英管反應(yīng)器2號的恒溫區(qū)長度僅為60mm，停留時(shí)間降低至約0.2s．熱解實(shí)驗(yàn)采用高純氮?dú)庾鳛檩d氣，石英管反應(yīng)器1號的氣體流量為4L/min，石英管反應(yīng)器2號的氣體流量為2L/min，取樣槍稀釋氣流量為2L/min．

圖1?管式爐固定床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)前預(yù)先將管式爐加熱到設(shè)定溫度．稱取?(1±0.005)g樣品置于剛玉方舟中，將方舟放置在石英管進(jìn)口處，打開氣路對石英管吹掃10min．然后迅速將剛玉方舟推至恒溫區(qū)，10min后反應(yīng)結(jié)束，將剛玉方舟移動至進(jìn)口處．在實(shí)驗(yàn)過程中為防止焦油冷凝碳煙收集器被加熱至250℃，收集到的碳煙氣溶膠采用二氯甲烷清洗去除重質(zhì)焦油后得到純凈的碳煙．焦油冷凝系統(tǒng)采用二氯甲烷吸收焦油，洗氣瓶置于冰水(約0℃)中，熱解氣過濾干燥后收集于氣體采樣袋中．

1.3?產(chǎn)物分析

1.3.1?氣體和焦油組分分析

熱解氣采用氣相色譜儀(GC—2014，Shimadzu，Japan)進(jìn)行定量分析，其可精確測量H2，CO，CO2，CH4和C2H(C2H2，C2H4和C2H6)，檢測極限為0.01%．

焦油組分采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GCMS-QP2010 Ultra，Shimadzu，Japan)進(jìn)行分析，由于每種物質(zhì)的濃度與GC-MS得到的峰面積存在一定的線性關(guān)系，本文將各組分的峰面積作為半定量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析．

1.3.2?碳煙理化特性分析

采用透射電子顯微鏡(JEM-2100，JEOL，Japan)觀察碳煙納米微觀形貌，并利用軟件Nano Measurer 1.2分析碳煙的粒徑分布；采用元素分析儀(Perkin Elmer 2400)和X射線衍射儀(X’pert MPD Pro，PAN-alytical)對碳煙的元素組成和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行?分析．

在熱天平(Netzsch STA-409PC)上進(jìn)行碳煙氧化特性分析．每次實(shí)驗(yàn)碳煙樣品量為(5.0±0.1)mg；升溫速率為20K/min，從室溫升溫至800℃；實(shí)驗(yàn)氣氛為 20%O2/80%N2，氣體流量為100mL/min．采用TG-DTG法確定碳煙氧化的起始溫度i和結(jié)束溫度h，并以綜合反應(yīng)指數(shù)綜合評價(jià)碳煙的氧化特性[17].碳煙氧化的表觀活化能和頻率因子由Coats-Redfern積分法求取；反應(yīng)級數(shù)取1.0．

2?結(jié)果與討論

水洗麥稈和原樣麥稈在900～1200℃下熱解碳煙產(chǎn)率如圖2所示．揮發(fā)分停留時(shí)間約為0.2s時(shí)，水洗麥稈熱解沒有碳煙生成．揮發(fā)分停留時(shí)間延長至約2s時(shí)，在不小于1000℃的溫度下，水洗麥稈和原樣麥稈熱解均能觀察到大量碳煙生成．熱解溫度從1000℃升高至1200℃，水洗麥稈和原樣麥稈碳煙產(chǎn)率分別由0.37%、0.47%增加至6.23%、5.95%．

圖2?不同熱解溫度下的水洗麥稈和原樣麥稈碳煙產(chǎn)率

進(jìn)一步觀察可見：在1100和1200℃下，與原樣麥稈相比，水洗麥稈碳煙產(chǎn)率略高，水洗處理對碳煙生成具有微弱的促進(jìn)作用．這是因?yàn)樵瓨欲湺捥紵熤械腒Cl催化碳煙與熱解氣中CO2、H2O等含氧組分反應(yīng)，從而降低碳煙產(chǎn)率．此外堿金屬K對熱解具有催化作用，促進(jìn)重質(zhì)焦油熱裂解，抑制PAHs長大，進(jìn)而減少碳煙生成[18]．

2.1?碳煙理化特性

2.1.1?碳煙納米微觀結(jié)構(gòu)

碳煙的微觀形貌不僅反映其形成過程，而且對其氧化動力學(xué)特性具有重要影響．水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的納米微觀形貌和粒徑分布特性分別如圖3和4所示．熱解溫度為相對較低的1000℃，碳煙主要由無定形碳煙組成，碳煙粒徑較大．當(dāng)熱解溫度升高至1100℃時(shí)，洋蔥狀殼體/核心結(jié)構(gòu)碳煙開始形成，石墨片層在外層同心堆積形成一種洋蔥狀結(jié)構(gòu)，在中心區(qū)域石墨片層則隨機(jī)無序排列；絕大部分殼?體/核心結(jié)構(gòu)的碳煙只有一個(gè)內(nèi)核，但也可以觀察到擁有2、3個(gè)內(nèi)核的碳煙．水洗麥稈和原樣麥稈碳煙平均粒徑分別為107.2和98.7nm，最小粒徑為46.1nm和50.2nm．熱解溫度繼續(xù)升高至1200℃，殼體/核心結(jié)構(gòu)碳煙含量提高且洋蔥狀石墨片層結(jié)構(gòu)更加清晰．碳煙粒徑進(jìn)一步降低，水洗麥稈和原樣麥稈碳煙平均粒徑分別降低至92.8nm和84.7nm，最小粒徑則降低至35.6nm和29.7nm．與水洗麥稈碳煙相比，原樣麥稈碳煙的粒徑向小粒徑方向偏移，平均粒徑較小．原因如上文所述原樣麥稈碳煙中含量豐富的KCl催化碳煙氧化促使碳煙粒徑減?。?/p>

圖3?不同熱解溫度下的水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的微觀形貌

圖4?水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的粒徑分布

2.1.2?碳煙的化學(xué)組成

水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的元素分析如表3所示．與1100℃相比，在1200℃下熱解生成的水洗麥稈和原樣麥稈碳煙碳元素含量提高，分別由90.2%，89.4%提高至95.09%，94.76%，而氫和氮元素含量均下降．更高的熱解溫度下促進(jìn)碳煙生成的“脫氫加碳(HACA)”和芳烴“環(huán)環(huán)聚合”等反應(yīng)更加劇烈，碳煙中的C—H鍵減少，苯環(huán)(C＝C)結(jié)構(gòu)增加，碳元素含量增加[19]．

進(jìn)一步對比水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的碳元素含量可見，水洗麥稈碳煙的碳元素含量略高于原樣麥稈碳煙，這進(jìn)一步說明水洗處理促進(jìn)碳煙生成．

表3?水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的元素分析

Tab.3 Ultimate analysis of water-leached straw and raw straw soot

水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的XRD分析如圖5所示：水洗麥稈和原樣麥稈碳煙均在25°和43.6°存在反射峰．在25°的反射峰對應(yīng)著石墨片層的002反射，在43.6°的反射峰則代表二維反射，其峰強(qiáng)均隨碳原子排列的有序程度而增強(qiáng)[20]．熱解溫度升高和水洗處理均會導(dǎo)致碳煙在25°和43.6°的反射峰峰強(qiáng)增大，說明熱解溫度升高和水洗處理提高了碳煙的石墨化程度，碳煙結(jié)構(gòu)趨于有序．

進(jìn)一步觀察圖5可見，原樣麥稈碳煙中含有豐富的KCl晶體，而水洗麥稈碳煙則觀察不到KCl晶體反射峰．從表2中的灰成分組成可見，原樣麥稈中K、Cl含量豐富，在高溫?zé)峤膺^程中，原樣麥稈中的K、Cl以KCl蒸氣的形式釋放至熱解氣中，在低溫段冷凝成核附著在碳煙顆粒表面，隨碳煙一起收集于金屬濾膜上．

圖5?水洗麥稈和原樣麥稈碳煙的XRD分析

2.1.3?碳煙的氧化動力學(xué)特性

水洗麥稈和原樣麥稈碳煙氧化的TG-DTG曲線如圖6所示，水洗麥稈和原樣麥稈碳煙氧化的起始溫度i、燃盡溫度f、綜合燃燒特性指數(shù)、表觀活化能及頻率因子匯總于表4．

圖6 水洗麥稈和原樣麥稈碳煙氧化的TG-DTG曲線

與1100℃相比，水洗麥稈和原樣麥稈在1200℃下生成碳煙的失重曲線向高溫區(qū)偏移，起始溫度分別升高30.7℃和41.6℃，結(jié)束溫度分別升高42.2℃和53.5℃，綜合反應(yīng)指數(shù)分別降低了35.2%和42.6%，更高的熱解溫度下生成的碳煙更難以氧化脫除．在更高的熱解溫度下生成碳煙的石墨化程度更高，結(jié)構(gòu)更加有序，因而氧化活性降低．與原樣麥稈碳煙相比，水洗麥稈碳煙氧化的TG-DTG曲線發(fā)生嚴(yán)重延遲，起始和燃盡溫度升高，綜合燃燒特性指數(shù)下降，在1100℃和1200℃下生成碳煙的綜合反應(yīng)指數(shù)分別降低了31.9%和18.3%．原因是原樣麥稈碳煙中含量豐富的KCl對碳煙氧化具有良好的催化作用，可顯著提高碳煙的氧化活性．此外，原樣麥稈熱解過程中釋放的堿金屬K可嵌入碳煙的晶格中，引發(fā)碳煙產(chǎn)生晶格缺陷，從而提高碳煙的氧化活性[14].進(jìn)一步觀察表4可見，原樣麥稈碳煙的表觀活化能較低，進(jìn)一步說明原樣麥稈碳煙氧化活性較高．

表4?水洗麥稈和原樣麥稈碳煙氧化的特征參數(shù)

Tab.4?Characteristic parameters of water-leached straw and raw straw soot oxidation

2.2?H2和C2H2產(chǎn)率

為揭示生物質(zhì)碳煙的生成機(jī)理，對麥稈熱解的H2和C2H2產(chǎn)率以及液相焦油組分進(jìn)行了分析．水洗麥稈和原樣麥稈在900～1200℃下熱解H2和C2H2產(chǎn)率如圖7所示，無論熱解揮發(fā)分停留時(shí)間為0.2s還是2s，水洗麥稈和原樣麥稈熱解H2產(chǎn)率均隨熱解溫度升高而提高．停留時(shí)間為2s時(shí)，與900℃相比，水洗麥稈和原樣麥稈在1200℃下熱解H2產(chǎn)率分別增加了2.9%和2.5%．與停留時(shí)間0.2s相比，延長停留時(shí)間至2s水洗麥稈的H2產(chǎn)率在不小于1000℃時(shí)顯著增加，熱解溫度為1000～1200℃時(shí)H2產(chǎn)率增加了0.4%～2.0%．揮發(fā)分停留時(shí)間為0.2s時(shí)，水洗麥稈熱解C2H2產(chǎn)率隨溫度升高而提高；熱解揮發(fā)分停留時(shí)間延長至2s時(shí)，水洗麥稈和原樣麥稈熱解C2H2產(chǎn)率隨溫度升高轉(zhuǎn)變?yōu)橄壬咴俳档偷淖兓厔?，?000～1100℃下達(dá)到峰值．與停留時(shí)間0.2s相比，延長熱解揮發(fā)分停留時(shí)間至2s時(shí)水洗麥稈在900～1100℃熱解C2H2產(chǎn)率升高，當(dāng)熱解溫度升高至1200℃時(shí)C2H2產(chǎn)率反而低于停留時(shí)間0.2s時(shí)的，說明揮發(fā)分二次轉(zhuǎn)化生成碳煙消耗的C2H2大于C2H2的生成．

圖7?水洗麥稈和原樣麥稈H2和C2H2產(chǎn)率

2.3?焦油組分

水洗麥稈和原樣麥稈在900～1200℃下熱解的焦油組分見表5和表6，焦油中PAHs的平均環(huán)數(shù)如圖8所示．從表5中可見，停留時(shí)間接近0.2s時(shí)，水洗麥稈焦油的主要組分是芳烴化合物，其中單環(huán)芳烴化合物主要是甲苯、苯乙烯等苯的衍生物，多環(huán)芳烴化合物主要是萘、1H-Indene，1-chloro-2，3-dihydro-、苊烯、芘．在900和1000℃下，苯酚也是焦油的重要組分．熱解溫度從900℃升高至1200℃，單環(huán)化合物含量從69.5%降低至38.0%，而多環(huán)芳烴含量從8.4%增加到38.6%，其中萘的含量由3.09%增加到18.69%，苊烯和芘僅在最高溫1200℃下出現(xiàn).

從表6可見，延長停留時(shí)間至約2s，水洗麥稈和原樣麥稈焦油的組分發(fā)生顯著變化，單環(huán)化合物基本消失，幾乎全部轉(zhuǎn)化為雙環(huán)及以上的多環(huán)芳烴．熱解溫度升高，小分子芳烴(雙環(huán)和三環(huán)芳烴)含量降低，四環(huán)及以上的重質(zhì)多環(huán)芳烴含量隨之提高．為了綜合反映芳烴聚合程度，本文定義芳烴平均環(huán)數(shù)：

???(1)

其中1、2、…、6分別為單環(huán)、雙環(huán)、…、六環(huán)芳烴的含量，%．

表5?水洗麥稈焦油組分分布(約0.2 s)

Tab.5?Components of water-leached straw

表6?水洗麥稈和原樣麥桿焦油組分分布(約2 s)

Tab.6?Components of water-leached straw

圖8?熱解溫度對PAHs平均環(huán)數(shù)的影響

熱解溫度由900℃升高至1200℃，水洗麥稈和原樣麥稈熱解生成的PAHs的平均環(huán)數(shù)分別從3.14，2.92增加到4.13，4.08，高溫有利于PAHs長大．熱力學(xué)計(jì)算表明，芳烴的分子量越大，其吉布斯自由能越低、熱穩(wěn)定性越高，溫度升高促使芳烴長大從而導(dǎo)致小分子芳烴相對含量降低而大分子芳烴含量增加[10].進(jìn)一步觀察圖8可見，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)水洗麥稈PAHs的平均環(huán)數(shù)均大于原樣麥稈的，這主要是因?yàn)樵跓峤膺^程中原樣麥稈中含量豐富的堿金屬K對PAHs長大具有抑制作用．

3?結(jié)?論

(1) 生物質(zhì)碳煙由揮發(fā)分二次轉(zhuǎn)化生成：停留時(shí)間約為0.2s時(shí)，水洗麥稈在900～1200℃熱解沒有碳煙生成；延長停留時(shí)間至約為2s，水洗麥稈和原樣麥稈在不小于1000℃下熱解生成碳煙，熱解溫度由1000℃升高至1200℃，水洗麥稈和原樣麥稈碳煙產(chǎn)率分別由0.37%，0.47%升高至5.95%，6.23%．水洗處理可微弱促進(jìn)生物質(zhì)熱解生成碳煙．

(2) 生物質(zhì)在1000℃熱解生成的碳煙主要由無定形碳煙組成；熱解溫度升高至1100℃時(shí)，洋蔥狀殼體/核心結(jié)構(gòu)碳煙開始形成；繼續(xù)升高熱解溫度，洋蔥狀殼體/核心結(jié)構(gòu)碳煙含量增加、結(jié)構(gòu)更加清晰，且碳煙粒徑減小．與原樣麥稈碳煙相比，水洗麥稈碳煙的粒徑較大．熱解溫度升高和水洗處理均促進(jìn)生物質(zhì)碳煙碳元素含量增加，提高碳煙石墨化程度，導(dǎo)致碳煙氧化活性降低．原樣麥稈碳煙中含有豐富的KCl晶體，氧化活性顯著優(yōu)于水洗麥稈碳煙．

(3) 提高熱解溫度和延長停留時(shí)間均促進(jìn)PAHs長大．停留時(shí)間為約為0.2s時(shí)，水洗麥稈焦油的主要成分是單環(huán)和雙環(huán)芳烴化合物；延長揮停留時(shí)間至約為2s，水洗麥稈和原樣麥稈焦油中單苯環(huán)化合物含量降低甚至消失，焦油中PAHs平均環(huán)數(shù)隨熱解溫度升高而增大．在PAHs和碳煙生成過程中會消耗C2H2、生成H2，因而H2產(chǎn)率隨熱解溫度升高和停留時(shí)間延長而增加．

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Soot Formation During Biomass Pyrolysis：Effects of Residence Time，Temperature and Water-Leaching

Li Shuaishuai，Wang Xuebin，Bai Shengjie，Jin Qiming，Li Yukun，Li Yan，Tan Houzhang

(Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering，Ministry of Education，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China)

Biomass pyrolysis was carried out in a fixed-bed tubular reactor system to investigate the effects of volatile residence time，temperature，and water-leaching on the formation of soot and its physicochemical properties. Results show that soot formation during biomass pyrolysis was dominated by the secondary reactions of volatiles at high temperatures. At a short volatile residence time of～0.2 s，no soot was formed at 900—1200℃；when the volatile residence time increased to～2 s，however, soot was formed at ≥1000℃. Soot yield increased with the pyrolysis temperature and water-leaching into the biomass. Soot particles were in irregular shape at a low temperature of 1000℃. The regular onion-like and layered structure of soot was observed when the pyrolysis temperature was≥1100℃. With further increases in temperature，the onion-like and layered structures became much clearer. The soot formed at higher temperatures had a higher degree of graphitization，resulting in lower oxidation activity. An abundance of KCl was found in raw straw soot，which had higher oxidation activity than water-leached straw soot.

biomass；water-leaching；pyrolysis；soot

TK6

A

1006-8740(2019)02-0131-08

2018-05-04.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51676157)；國家自然科學(xué)基金國際合作項(xiàng)目(51761125012).

李帥帥（1993—??），男，碩士研究生，18730232719@163.com.

王學(xué)斌，男，博士，副教授，wxb005@mail.xjtu.edu.cn.

10.11715/rskxjs.R201805005