稻壳二氧化硅生成过程中挥发份析出(热解)

　　与煤相似，稻壳在受热之后也会热解，释放出挥发份。作为一种生物质燃料，稻壳内含有的挥发份含量较高，因此这一过程对于稻壳的燃烧至关重要。稻壳主要由半纤维素、纤维素、木质素以及一些可溶于极性或非极性的提取物组成。当加热稻壳时，水分在105℃首先被驱出，在温度达到200℃之前，虽然生成一些不可燃气体，重量损失很小，但是认为其细胞壁己经发生变化皿。随着温度的升高，稻壳中的3种主要组成物以不同的速度进行分解。在热解过程中，半纤维素首先热分解(200-260℃),其次是纤维素 (240-350℃),最后是木质素(280-500℃)。这三个主要热解为：

　　1、纤维素的热解

　　纤维素是由D-葡萄糖通过8(1—4)-糖苜键相连形成的高聚物。纤维素 的热解产生小分子化合物的过程如下：

　　葡萄糖烃二次反应，中间产物脱水，生成羟甲基糠醛，羟甲基糠醛的羟甲基很活泼，在一定温度下可以分解生成糠醛和甲醛：

　　羟甲基糠醛热分解生成蚁酸和戊隔酮酸，这进一步还原成戊醇酸，然后生成戊酸;戊醇酸也可以转化为内酯。

　　糠醛氧化时生成焦粘酸，而焦粘酸脱養基得到吠喃:

　　同时糠醛经扩链、扩环重排反应可得到毗喃:

　　同时甲醛受热，会进一步发生反应，热解方程如下:

　　所形成的酸和醇会进一步反应，形成酯类，而酸甲酯在较高温度下与焦 炭接触时，可以按下式发生分解：

　　CH3COOCH3 →CH3CHO+HCHO

　　生成的醛类会进一步反应，生成醛或酸或酯，也可能再分解为CO、CH4、H2。

　　2、半纤维素的热解

　　半纤维素是又木糖、甘露糖、葡萄糖等构成的一类多糖化合物，它由不同的糖单元构成，分子链短且带有支链，支链越多稳定性就越差，因此它比纤维素更易降解，其降解机制与纤维素相似。在热解过程中，其支链的乙酰基断裂，生成乙酸，其热解过程大致如下：

　　半纤维素一单糖基+糖醛酸+乙酸+气体产物(CO、CO2等)+固定碳

　　3、木质素的热解

　　木质素是一类复杂的有机聚合物，存在于植物细胞壁中。木质素的基本单元具有苯丙烷骨架，同时连接了多个羟基。它的结构单元通过-O-醚键和 C-C键相联结构比纤维素、半纤维素要复杂得多，木素的热化学反应首先是烷基醚键的断裂反应。木质素大分子在高温下通过自由基反应首先断裂成低分子碎片，这些碎片进一步通过侧链C-0键，C-C键以及芳环C-0键断裂形成低分子量化合物。

　　而从反应进程来分析稻壳的热解过程大致可分为三个阶段：

　　预热解阶段：大约在温度上升至120〜200℃时，即使加热很长时间，稻壳重量的减少不多。同时可知减少量主要是H2O> CO和CO2受热释放所致，外观上也无明显变化，但物质内部结构上已发生了一些重排反应。比如脱水、断键、自由基出现羰基、羧基生成和过氧化氢基团形成等。这对热解产物产量有一定的影响，因此这一阶段是全热解过程的重要一环。

　　固体分解阶段：这是主要的热解阶段，发生温度为300-600℃左右，各种复杂的物理、化学反应在此阶段发生。稻壳中的纤维素、木质素和半纤维素在热解过程中先通过解聚作用分解成单体或单体衍生物，然后通过各种自由基反应和重排反应进一步降解成各种产物。

　　焦炭分解阶段：在这一阶段，焦炭中的C-H, C-0键进一步断裂。 但挥发分作用仍在持续，焦炭重量以缓慢的速率下降并趋于稳定，导致残留固体中碳元素的富集。

　　焦炭燃烧

　　焦炭燃烧是稻壳燃烧的最后阶段，稻壳热解之后剩余的焦炭往往具有较强的多孔性，其内部还含有大量容易氧化的自由基，也会残留一些氢元 素、氣元素。无论是在氧化环境，还是还原环境下，焦炭都具有很强的反应性。氧气和其他的氧化物(CO2及H2O等)扩散到焦炭颗粒表面或者焦炭空隙中，与边界的焦炭发生反应。焦炭燃烧是典型的异相(气固)反应，遵循一般的气固反应过程：

　　1.氧气和其他的氧化物通过对流或者扩散传播到焦炭的表面;

　　2.氧化物分子被吸附在焦炭表面;

　　3.在焦炭表面发生氧气、氧化物及焦炭之间的复杂反应;

　　4.反应产物分子从焦炭表面解吸附;

　　5.反应产物在对流或者扩散的作用下从焦炭表面脱离。

　　综上所述可知：稻壳的燃烧是由一系列连续阶段构成，它们分别是：预热、干燥、挥发份的析出与焦炭的生成以及挥发份的燃烧和焦炭的燃烧。在所有这些阶段中焦炭的燃烧强度决定了整个燃料燃烧过程的强度。与常规化石燃料煤相比，稻壳的挥发分含量高，可达到70%以上，固定碳含量低，只有10%左右，这决定了稻壳的两个基本燃烧特性：着火容易、发热量低。

　　稻壳二氧化硅生产过程中废弃残留物的处理及热能回收：因生产过程中烟气里的热量经过水处理冷却后用于生产稻壳木醋液，故不考虑热能利用。(见附件1、2检测报告)

　　生产稻壳二氧化硅的过程中微重金属的处理：因生产原料为纯天然稻壳，稻壳本身不含有微重金属元素，故不考虑生产环节中产生微重金属元素。