堅果殼類生物質(zhì)熱解反應動力學的研究.pdf

1、生物質(zhì)熱解不僅是一種生物質(zhì)能高效利用轉化方式，而且還是生物質(zhì)液化、氣化和燃燒過程中必不可少的一個階段。對生物質(zhì)熱解反應過程中動力學參數(shù)及熱解機理的深入研究有利于了解熱裂解的本質(zhì)，控制熱解過程，為設計適合原料特點的反應器及制定反應工藝提供理論基礎。本研究是結合國家自然科學技術基金資助項目“生物質(zhì)快速熱裂解主要參數(shù)對生物油產(chǎn)量及特性的影響”(編號：50276039)進行的。 采用熱重分析儀和傅里葉變換紅外FTIR光譜儀，對堅果殼類生

2、物質(zhì)(向曰葵籽殼、核桃殼和花生殼)進行熱解反應動力學研究以及熱重試驗剩余物的結構進行分析。以5、10、20、30、40℃/min的升溫速率分別對60目和100目的三種堅果殼類生物質(zhì)在熱重儀上進行熱解反應，并對40℃/min和60℃/min升溫速率時不同溫度下的熱重剩余物進行FTIR光譜分析。在計算堅果殼類生物質(zhì)動力學參數(shù)時，用Flynn-Wall-Ozawa法、Starink法和Kissinger-Akahira-Sunose法求活化能

3、(E)，用積分法Coats-Redfern方程和微分法．Achar方程對熱解機理進行推斷，然后再用熱分析動力學三因子求算的比較法，得出反應的機理函數(shù)微分形式表達式f(a)和積分形式表達式g(a)。 結果表明：不同方法求得的同一粒徑范圍內(nèi)的活化能(E)值基本相同。由Ozawa法和Starink．法求得向日葵籽殼活化能都集中在140～178 kJ/mol范圍內(nèi)，而且，Ozawa法得出的活化能值普遍都比Starink法得出的活化能值要

4、稍高一些。從求解不同粒徑不同升溫速率下的核桃殼和花生殼熱解反應的活化能結果來看，不同方法求得的同一粒徑范圍內(nèi)的活化能值趨勢和向日葵籽殼的相似。從用相同方法求得不同粒徑范圍內(nèi)的活化能值結果來看，粒徑越大，活化能值越高，粒徑越小，活化能值越低。從對機理函數(shù)推斷結果可知，堅果殼類生物質(zhì)熱解反應屬于擴散機理，6號機理函數(shù)能較好的描述向日葵籽殼熱解反應的熱解過程。機理函數(shù)的微分形式為f(α)=(2/3)(1-α)<'2/3>[1-(1一α)<'1

5、/2]<'-1>，積分形式為g(α)=[1-(1-α)<'1/3>]<'2>，其機理為三維擴散，反應級數(shù)n=2。9號機理函數(shù)能較好的描述核桃殼和花生殼熱解反應過程，機理為三維擴散，積分形式g(α)=[(1-α)<'1/3>-1]<'2>，微分形式f(α)=(3/2)(1-α)<'4/3>[(1-α)<'-1/3>-1]<'-1>。通過對不同溫度下熱重后的剩余物進行傅里葉變換紅外光譜分析可知，熱失重到達400℃時，高分子聚合物基本上都已經(jīng)