Abstract This work investigates the effect of temperature and particle size on the product yields and structure of chars obtained from the pyrolysis of Beechwood Chips (BWC), a lignocellulosic biomass. BWC of three different size fractions (0.21–0.50 mm, 0.85–1.70 mm and 2.06–3.15 mm) were pyrolyzed at atmospheric pressure and temperatures ranging from 300 to 900 °C in a fixed bed reactor. Tar and gas yields increased with increasing temperature, while char yield decreased, particularly between 300 and 450 °C. The effect of particle size was mostly observed at temperatures lower than 400 °C as a larger char yield for larger particles due to intraparticle reactions. At higher temperatures the larger surface area in the char fixed bed favoured reactions increasing char and gas yields from the smaller particles. Pyrolysis chars were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. Loss in oxygenated functional groups and aliphatic side chains with increasing temperature was revealed, along with an increase in the concentration of large aromatic systems, leading to a more ordered char structure but no significant graphitization. The changes in char nature at high temperature led to a loss in their combustion reactivity. Raman spectra indicated that the temperature needed to completely decompose the cellulose structure increased with biomass particle size and the enhanced intraparticle reactions in pyrolysis of large particles was likely to give rise to amorphous carbon structures with small fused ring systems.

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温度和粒径对榉木热解炭结构特征的影响

摘要 这项工作研究了温度和粒度对从山毛榉木屑 (BWC)（一种木质纤维素生物质）的热解中获得的炭的产物产率和结构的影响。在固定床反应器中，在大气压和 300 至 900°C 的温度下热解三种不同尺寸级分（0.21-0.50 毫米、0.85-1.70 毫米和 2.06-3.15 毫米）的 BWC。焦油和气体产量随温度升高而增加，而焦炭产量下降，尤其是在 300 至 450 °C 之间。粒径的影响主要在低于 400 °C 的温度下观察到，因为由于颗粒内反应，较大颗粒的炭产量较大。在较高温度下，炭固定床中较大的表面积有利于反应，从而增加来自较小颗粒的炭和气体产量。使用傅里叶变换红外光谱 (FTIR)、X 射线衍射 (XRD) 和拉曼光谱对热解炭进行了表征。随着温度升高，含氧官能团和脂肪族侧链的损失被揭示，随着大芳烃系统浓度的增加，导致更有序的炭结构，但没有显着的石墨化。高温下炭性质的变化导致其燃烧反应性的损失。拉曼光谱表明，完全分解纤维素结构所需的温度随着生物质颗粒尺寸的增加而增加，并且大颗粒热解中颗粒内反应的增强可能会产生具有小稠环系统的无定形碳结构。X 射线衍射 (XRD) 和拉曼光谱。随着温度升高，含氧官能团和脂肪族侧链的损失被揭示，随着大芳烃系统浓度的增加，导致更有序的炭结构，但没有显着的石墨化。高温下炭性质的变化导致其燃烧反应性的损失。拉曼光谱表明，完全分解纤维素结构所需的温度随着生物质颗粒尺寸的增加而增加，并且大颗粒热解中颗粒内反应的增强可能会产生具有小稠环系统的无定形碳结构。X 射线衍射 (XRD) 和拉曼光谱。随着温度升高，含氧官能团和脂肪族侧链的损失被揭示，随着大芳烃系统浓度的增加，导致更有序的炭结构，但没有显着的石墨化。高温下炭性质的变化导致其燃烧反应性的损失。拉曼光谱表明，完全分解纤维素结构所需的温度随着生物质颗粒尺寸的增加而增加，并且大颗粒热解中颗粒内反应的增强可能会产生具有小稠环系统的无定形碳结构。随着大芳烃系统浓度的增加，导致更有序的炭结构，但没有明显的石墨化。高温下炭性质的变化导致其燃烧反应性的损失。拉曼光谱表明，完全分解纤维素结构所需的温度随着生物质颗粒尺寸的增加而增加，并且大颗粒热解中颗粒内反应的增强可能会产生具有小稠环系统的无定形碳结构。随着大芳烃系统浓度的增加，导致更有序的炭结构，但没有明显的石墨化。高温下炭性质的变化导致其燃烧反应性的损失。拉曼光谱表明，完全分解纤维素结构所需的温度随着生物质颗粒尺寸的增加而增加，并且大颗粒热解中颗粒内反应的增强可能会产生具有小稠环系统的无定形碳结构。