小麦秸秆热解特性研究及其动力学分析
发布时间：2020-12-23 16:55
在能源和环境的双重压力下，生物质能的开发利用逐渐得到重视，热解技术是开发利用生物质能的基础。本研究采用热重分析仪对麦秸进行热解实验，分别研究了实验条件（麦秸粒径和升温速率）、预处理方法（水洗、酸洗、碱洗、微波和超声处理）、催化剂（碱金属盐、碱土金属盐、过渡金属盐、Al2O3、Al2O3-Na2CO3）对麦秸热解过程的影响，用动力学分析方法对麦秸热解过程进行了分析，求得麦秸热解动力学三因子—热解机制函数、活化能和指前因子，随后研究了麦秸与不同品种煤（烟煤和无烟煤）的共热解特性，分析掺混比对共热解过程的影响，并用单一升温速率法对热解过程进行动力学分析。研究结果如下：（1）分析不同粒径麦秸在不同升温速率下的热重-微分热重（TG-DTG）曲线得出，麦秸热解的最佳粒径为0.10.25mm，最佳升温速率为10℃/min。以单一升温速率法中Coats-Redfern法和Achar法确定麦秸热解过程机制函数为第6号函数，积分形式机理函数为g（α）=[1-（1-α）1/3]2，微分形式机理函数为f（α）=1.5（1-α）2/3[1-（1-α）1/3]-1，反应级数n=2，热解过程为...
【文章来源】：吉首大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同粒径麦秸热解的热重-微分热重曲线
对麦秸的主热解阶段有明显的影响。当粒径最小时（为 0~0.1mm），最大热解速率最小，热解最不完全。其他三个粒径的热解剩余量变化不大，随着粒径的增大，最大热解速率依次减小，且向高温区域移动。从理论上讲，随着样品粒径增大，比表面积会逐渐减小，升温热解过程中样品内部热阻增大，会阻碍生物质热解的进行，因此，样品粒径越小，其热解效果越好[64, 65]。当粒径为 0.10~0.25mm、0.25~1.00mm、1.00~2.00mm 时，麦秸热解遵循此规律，但是当麦秸粒径为 0~0.1mm时却得不出此结论。这是因为当样品粒径为 0~0.1mm 时，麦秸已基本成为粉末状态，样品颗粒堆积密集，热解时挥发分在穿过物料层析出的过程中受到的阻力增大，影响热解效果，使热解不够彻底，影响原料的利用率[66]。因此，在进行麦秸热解实验时，应注意样品粒径的选择，从热解起始温度、最大热解速率和热解程度等综合因素考虑，本实验选取 0.1~0.25mm 为小麦秸秆热解的最佳粒径。2.2.2 升温速率对麦秸热解过程的影响图 2.2 为 0.1~0.25mm 麦秸分别在 5、10、15、20℃/min 升温速率下热解得到热重-微分热重曲线。
0.1~0.25 10 151.44 28.040.25~1 10 166.33 31.211~2 10 153.58 28.520.1~0.25 5 120.65 21.270.1~0.25 15 150.55 28.000.1~0.25 20 145.82 26.52三维扩散，球形对称，减速形 α-t曲线，n=2Jander 方程2.3.3 不同转化率下的动力学参数多重升温速率法中的 Flynn-Wall-Ozawa 法是引入积分机理函数 g(α)建立的热分析动力学方法，而 Friedman 法则是引入了微分机理函数 f(α)建立的，在运用这两种方法求活化能时需要在同一转化率下进行计算，因此这两种计算方法又叫做等转化率法。用 Flynn-Wall-Ozawa 法和 Friedman 法对在 5、10、15 和 20℃/min 4个升温速率下得到的 TG-DTG 数据进行计算，求得不同转化率 αi(0.1~0.9)下的表观活化能 Ea，然后将固相反应机制函数模型代入方程（2-1）和（2-2）可以求得不同转化率下的指前因子 lnA，Ea和 lnA 随转化率 α 的变化趋势如图 2.3 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种常见生物质热解动力学特性的研究[J]. 肖瑞瑞,杨伟,陈雪莉,于广锁. 化学世界. 2012(11)
[2]大豆油催化热解动力学分析[J]. 林小羽,周永红,徐俊明. 林产化学与工业. 2012(04)
[3]基于非等温热重分析法的醋糟燃烧动力学特性分析[J]. 施爱平,张银丽,叶丽华,王一冰,徐荣进,龚建华. 农业机械学报. 2012(02)
[4]矿物质对玉米秸秆热解及动力学特性的影响[J]. 刘耀鑫,陈炜,卢红伟. 热力发电. 2012(01)
[5]玉米秸秆微波热解研究[J]. 杨昌炎,吴祯祯,郑冬洁,丁一刚,吴元欣. 武汉工程大学学报. 2011(06)
[6]生物质能利用技术的研究进展[J]. 郭海霞,左月明,张虎. 农机化研究. 2011(06)
[7]原料预处理对生物质热裂解动力学特性的影响[J]. 姬登祥,黄承洁,于平,于凤文,艾宁,计建炳. 农业工程学报. 2011(S1)
[8]烟煤与生物质秸秆共气化反应动力学研究[J]. 张媛,张海亮,蒋雪冬,杨伯伦. 西安交通大学学报. 2011(08)
[9]稻壳催化热解特性及动力学研究[J]. 刘耀鑫,陈炜,卢红伟. 热力发电. 2011(04)
[10]生物质微波干燥及其对热解的影响[J]. 王贤华,陈汉平,张世红,朱波,杨海平. 燃料化学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]玉米秸秆热解制取生物油及其性质研究[D]. 王通洲.沈阳理工大学 2010
[2]预处理对生物质热解特性的影响研究[D]. 曾叶霖.华中科技大学 2009
[3]生物质热解实验及动力学研究[D]. 刘辉.长沙理工大学 2008
[4]用热重—红外联合技术研究玉米秸秆热解特性[D]. 孟百宏.哈尔滨工业大学 2007
[5]生物质热解机制和反应动力学研究[D]. 林木森.中国林业科学研究院 2007
[6]板栗壳和锯末干馏热解特性研究[D]. 王明峰.东北农业大学 2007
[7]预处理对生物质热解特性影响的试验研究[D]. 辛芬.华中科技大学 2006
本文编号：2934033
【文章来源】：吉首大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同粒径麦秸热解的热重-微分热重曲线
对麦秸的主热解阶段有明显的影响。当粒径最小时（为 0~0.1mm），最大热解速率最小，热解最不完全。其他三个粒径的热解剩余量变化不大，随着粒径的增大，最大热解速率依次减小，且向高温区域移动。从理论上讲，随着样品粒径增大，比表面积会逐渐减小，升温热解过程中样品内部热阻增大，会阻碍生物质热解的进行，因此，样品粒径越小，其热解效果越好[64, 65]。当粒径为 0.10~0.25mm、0.25~1.00mm、1.00~2.00mm 时，麦秸热解遵循此规律，但是当麦秸粒径为 0~0.1mm时却得不出此结论。这是因为当样品粒径为 0~0.1mm 时，麦秸已基本成为粉末状态，样品颗粒堆积密集，热解时挥发分在穿过物料层析出的过程中受到的阻力增大，影响热解效果，使热解不够彻底，影响原料的利用率[66]。因此，在进行麦秸热解实验时，应注意样品粒径的选择，从热解起始温度、最大热解速率和热解程度等综合因素考虑，本实验选取 0.1~0.25mm 为小麦秸秆热解的最佳粒径。2.2.2 升温速率对麦秸热解过程的影响图 2.2 为 0.1~0.25mm 麦秸分别在 5、10、15、20℃/min 升温速率下热解得到热重-微分热重曲线。
0.1~0.25 10 151.44 28.040.25~1 10 166.33 31.211~2 10 153.58 28.520.1~0.25 5 120.65 21.270.1~0.25 15 150.55 28.000.1~0.25 20 145.82 26.52三维扩散，球形对称，减速形 α-t曲线，n=2Jander 方程2.3.3 不同转化率下的动力学参数多重升温速率法中的 Flynn-Wall-Ozawa 法是引入积分机理函数 g(α)建立的热分析动力学方法，而 Friedman 法则是引入了微分机理函数 f(α)建立的，在运用这两种方法求活化能时需要在同一转化率下进行计算，因此这两种计算方法又叫做等转化率法。用 Flynn-Wall-Ozawa 法和 Friedman 法对在 5、10、15 和 20℃/min 4个升温速率下得到的 TG-DTG 数据进行计算，求得不同转化率 αi(0.1~0.9)下的表观活化能 Ea，然后将固相反应机制函数模型代入方程（2-1）和（2-2）可以求得不同转化率下的指前因子 lnA，Ea和 lnA 随转化率 α 的变化趋势如图 2.3 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种常见生物质热解动力学特性的研究[J]. 肖瑞瑞,杨伟,陈雪莉,于广锁. 化学世界. 2012(11)
[2]大豆油催化热解动力学分析[J]. 林小羽,周永红,徐俊明. 林产化学与工业. 2012(04)
[3]基于非等温热重分析法的醋糟燃烧动力学特性分析[J]. 施爱平,张银丽,叶丽华,王一冰,徐荣进,龚建华. 农业机械学报. 2012(02)
[4]矿物质对玉米秸秆热解及动力学特性的影响[J]. 刘耀鑫,陈炜,卢红伟. 热力发电. 2012(01)
[5]玉米秸秆微波热解研究[J]. 杨昌炎,吴祯祯,郑冬洁,丁一刚,吴元欣. 武汉工程大学学报. 2011(06)
[6]生物质能利用技术的研究进展[J]. 郭海霞,左月明,张虎. 农机化研究. 2011(06)
[7]原料预处理对生物质热裂解动力学特性的影响[J]. 姬登祥,黄承洁,于平,于凤文,艾宁,计建炳. 农业工程学报. 2011(S1)
[8]烟煤与生物质秸秆共气化反应动力学研究[J]. 张媛,张海亮,蒋雪冬,杨伯伦. 西安交通大学学报. 2011(08)
[9]稻壳催化热解特性及动力学研究[J]. 刘耀鑫,陈炜,卢红伟. 热力发电. 2011(04)
[10]生物质微波干燥及其对热解的影响[J]. 王贤华,陈汉平,张世红,朱波,杨海平. 燃料化学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]玉米秸秆热解制取生物油及其性质研究[D]. 王通洲.沈阳理工大学 2010
[2]预处理对生物质热解特性的影响研究[D]. 曾叶霖.华中科技大学 2009
[3]生物质热解实验及动力学研究[D]. 刘辉.长沙理工大学 2008
[4]用热重—红外联合技术研究玉米秸秆热解特性[D]. 孟百宏.哈尔滨工业大学 2007
[5]生物质热解机制和反应动力学研究[D]. 林木森.中国林业科学研究院 2007
[6]板栗壳和锯末干馏热解特性研究[D]. 王明峰.东北农业大学 2007
[7]预处理对生物质热解特性影响的试验研究[D]. 辛芬.华中科技大学 2006
本文编号：2934033
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