生物質殘渣熱解動力學研究.pdf

1、生物質能是一種清潔可再生能源，它以CO2零排放、低S、低N等特點在能源結構中的地位越來越重要。生物質熱解不僅是一種高效生物質能轉化途徑，而且還是氣化、液化及燃燒過程的初始和伴生反應。通過對生物質的失重行為進行動力學分析，可深入了解生物質熱解過程及反應機理，為設計和開發(fā)高效的生物質能轉換設備提供基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
　　 本文首先設計搭建了一套熱風干燥裝置，可在短時間內(nèi)將大量新鮮高濕物料干造成含水率較低的分析樣，便于入庫保存，為后

2、續(xù)實驗研究做準備。
　　 采用綜合熱分析儀，對幾種典型的源自生物質的工業(yè)有機殘渣（如中藥渣、木屑、甘蔗渣和發(fā)酵床墊料）進行了熱解動力學研究。在不同升溫速率β下分別對粒徑＜65目的四類生物質殘渣進行熱重實驗，并在β=20℃/min，不同粒徑范圍內(nèi)，對中藥渣（樣品來自加多寶集團）進行熱重分析。在確定生物質殘渣“動力學三因子”時，采用多升溫速率法中Ozawa法、Staring法和Doyle法計算活化能E值，同時利用Coats-Redf

3、ern積分法將熱重實驗數(shù)據(jù)分別代入12種常用的固態(tài)熱解反應動力學機理函數(shù)中，通過動力學三因子求算的比較法，獲得用來描述特定生物質的最優(yōu)機理函數(shù)。最后引入動力學補償效應，在選定的最優(yōu)機理模型基礎上，確定藥渣、木屑和甘蔗渣的活化能E與頻率因子A，從而建立三種試樣的熱解過程動力學表達式。分析研究結果包括:
　　 1.生物質殘渣熱解特性實驗研究結果如下:
　　 (1)中藥渣熱解過程分為預熱干燥、主熱解和炭化三個階段，木屑與甘蔗渣

4、熱解過程可分為四個階段，與藥渣相比增加了預熱解階段。(2)隨著升溫速率的提高，最大失重速率及其對應的溫度顯著增加，熱重曲線TG/DTG向高溫側移動。(3)大粒徑的試樣碳化程度較高，最大失重量和最大失重速率低于小顆粒試樣。(4)甘蔗渣DTG曲線出現(xiàn)明顯兩峰分離現(xiàn)象，原因在于半纖維素相對纖維素含量高。(5)含木質素較高的木材類生物質在消極熱解區(qū)較為活躍，同時高升溫速率有利于揮發(fā)分的析出。
　　 2.生物質殘渣熱解動力學研究結果如下:

5、
　　 (1)在粒徑小于65目不同升溫速率下，三種多升溫速率法求得中藥渣活化能E值在70.5～76.8kJ/mol范圍內(nèi)，木屑E值在126.4～167.5kJ/mol范圍之間，甘蔗渣E值在154.3～193.9KJ/mol范圍之間。(2)在對木屑和甘蔗渣活化能E值確定中發(fā)現(xiàn)，隨轉化率α的增加，木屑和甘蔗渣的活化能值先增加后減小，α=40％和35％時，木屑和甘蔗渣活化能值分別達到最大。(3)從機理函數(shù)推斷中可知，D1號模型能夠較好