水热碳化气氛调控对玉米秸秆燃料颗粒成型及性能的优化机制研究

《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》：Combined hydrothermal carbonization and pelletization of corn stalk into fuel pellets: Effect of atmosphere during hydrothermal carbonization

本文系统研究了水热碳化（HTC）过程中不同气氛（N2、CO2、空气）对玉米秸秆燃料颗粒成型的影响，发现空气气氛在220?°C条件下可制备出松弛密度达1328.70?kg/m3、平衡含水率低至1.68%的高品质燃料颗粒，为生物质能高效转化提供了关键技术支撑。

　　

亮点

水热碳化（HTC）气氛通过调控水热炭的组成与结构，显著影响燃料颗粒的物理化学性质。在CO₂气氛下制备的水热炭灰分含量降低，而气氛对碳含量和高位热值（HHV）的影响不显著。在空气气氛下制备的燃料颗粒呈现更致密的微观结构和更优的疏水性，尤其在220?°C时松弛密度达到1328.70?kg/m3，平衡含水率低至1.68%。与玉米秸秆直接成型的颗粒相比，水热炭燃料颗粒的燃烧区间向高温方向移动，有助于提升燃烧稳定性和能量释放效率。

燃料特性

如图1所示，随着HTC温度升高，水热炭产率逐渐下降。当温度升至190?°C时，不同气氛下的产率从78.07%–82.61%显著降至66.27%–67.40%，而继续升温至220?°C时产率变化趋于平缓。这一现象主要归因于半纤维素和纤维素等关键组分的分解。前人研究表明...

结论

HTC气氛通过调控水热炭的组成与结构，进而影响燃料颗粒的理化特性。CO₂气氛制备的水热炭灰分含量降低，而气氛对碳含量和HHV的影响不显著。空气气氛下制备的燃料颗粒（尤其是220?°C时）具有更致密的微观结构和更优的疏水性，其松弛密度达1328.70?kg/m3，平衡含水率低至1.68%。水热炭燃料颗粒的燃烧特性表现为燃烧区间向高温偏移，有助于提升燃烧稳定性与能量释放效率。综合表明，空气气氛下的HTC是制备高品质燃料颗粒的适宜条件，推荐220?°C为最佳处理温度。