秸稈類生物質(zhì)熱解反應(yīng)動力學的研究.pdf

1、生物質(zhì)熱解不僅是生物質(zhì)液化、氣化和燃燒等轉(zhuǎn)化過程中的必經(jīng)步驟，而且本身也是產(chǎn)生高能量密度產(chǎn)物的獨立工藝。為了提高生物質(zhì)熱解目標產(chǎn)物的產(chǎn)率、降低操作費用、增加生物質(zhì)與一次能源的競爭力，開發(fā)用于生物質(zhì)原料熱解的高效催化劑勢在必行。對生物質(zhì)熱解動力學的研究和機理推斷，有助于深入了解生物質(zhì)的熱解行為，獲得相對簡單的模型可用于指導設(shè)計和實際操作運行。基于這一目的，本文對預(yù)處理秸稈類生物質(zhì)的熱解動力學進行了研究。 本文實驗原料為四種秸稈(甜

2、高粱莖稈殘渣、棉花稈、葵花稈、大豆稈)，每種秸稈分四個樣品(原生物質(zhì)、0.1mol/L鹽酸的處理、質(zhì)量百分比濃度為3％的氯化鉀溶液的處理、質(zhì)量百分比濃度為10％的氯化鉀溶液的處理)，分別在Prisl熱重分析儀上在五個不同升溫速率(15、25、35、45、55℃/min)下進行了熱解實驗，并進行了動力學參數(shù)的計算和機理的推斷。文章結(jié)合國家自然科學技術(shù)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)

3、進行。 通過對熱解曲線的分析得知所有樣品的熱解都可分為四個階段，但每個階段所屬的溫度區(qū)間因樣品的差異而有所不同；鹽酸酸洗對四種秸稈熱解曲線的形狀都產(chǎn)生了顯著的影響，并都明顯提高了揮發(fā)物的產(chǎn)量；3％和10％氯化鉀溶液的處理對熱解曲線的形狀影響不大，少量氯化鉀的加入有利于揮發(fā)物的形成，氯化鉀增加到一定量可以提高炭產(chǎn)量；在同一升溫速率下鹽酸酸洗和氯化鉀的加入使熱解速率加大。 利用Ozawa法計算了所有樣品主要熱解區(qū)間的活化能值

4、，基本都在110～190kJ/mol范圍內(nèi)；經(jīng)過處理的樣品主熱解區(qū)間的活化能值跨度較??；隨著升溫速率的提高活化能值跟著提高。 Satava機理函數(shù)推斷法推出甜高粱莖桿殘渣原生物質(zhì)和氯化鉀溶液處理的甜高梁莖稈殘渣熱解機理屬于9號機理函數(shù)-Zhuralev-Lesakin-Tempelman方程，三維擴散；鹽酸酸洗甜高粱莖稈熱解屬于2號機理-Valensi方程，圓柱形對稱，二維擴散；將推斷出的機理函數(shù)和常用的假設(shè)機理函數(shù)F(α)=(

5、1-α)<'n>分別代入Coats-Redfem積分法方程和Achar-Brindley-Sharp-Wendworth微分法方程，對計算出的動力學參數(shù)進行比較，結(jié)果表明推斷出的機理函數(shù)能更真實的反映生物質(zhì)熱解的動力學過程，而常用的假設(shè)機理函數(shù)計算出的動力學參數(shù)和實際值相差很大，所以在以后的生物質(zhì)熱解動力學計算中應(yīng)盡量少用或不用。 Coats-Redfem積分法和Achar-Brindley-Sharp-Wendworth微分法相結(jié)合兩

6、次篩選后，將動力學參數(shù)和Ozawa法進行比較推斷出棉花稈原生物質(zhì)熱解屬于9號機理函數(shù)-Zhuralev-Lesakin-Tempelman方程，三維擴散；鹽酸酸洗和氯化鉀溶液處理的棉花稈熱解屬于18號機理-Avrami-Erofeev方程，隨機成核和隨后生長，反應(yīng)級數(shù)n=2。 Satava法推斷出葵花稈原生物質(zhì)和鹽酸酸洗葵花稈熱解最可能機理是19號機理函數(shù)-Avrami-Erofeev方程，隨機成核和隨后生長，反應(yīng)級數(shù)n=3；

7、3％氯化鉀溶液處理的葵花稈和10％氯化鉀溶液處理的葵花稈熱解的最可能機理是9號機理函數(shù)-Zhuralev-Lesakin-Tempelman方程，三維擴散。 Satava法推斷出大豆稈原生物質(zhì)熱解屬于19號機理函數(shù)-Avrami-Erofeev方程，隨機成核和隨后生長，反應(yīng)級數(shù)n=3：鹽酸酸洗大豆稈、3％氯化鉀溶液處理的大豆稈和10％氯化鉀溶液處理的大豆稈熱解的最可能機理是9號機理函數(shù)-Zhuralev-Lesakin-Temp