生物油蒸馏残渣热解特性研究
发布时间：2021-02-26 21:46
采用TGA Q500热分析仪和傅里叶变换红外光谱仪联用技术,对生物油蒸馏残渣在不同升温速率下的热解动力学特性进行分析研究。结果表明:生物油蒸馏残渣热解可分为小分子物质挥发析出、大分子物质裂解和焦炭产生3个阶段,热解产物主要为水、烷烯烃、CO2和芳香类物质。在不同升温速率10、20、30℃/min下,热解主要阶段反应级数均为2级,活化能分别为74.19、72.52和69.05 kJ/mol。随着升温速率的增大,热重曲线整体向高温区移动,热解主要阶段活化能逐渐减小。
【文章来源】：太阳能学报. 2019,40(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【图文】：
2下生物油蒸馏残渣的TG-DTG曲线Fig.1TG-DTGcurveofbio-oildistillationresiduesinN2升温速率为20℃/min
-1和1300~1800cm-1处对应的水蒸气特征峰，说明在这个阶段失重主要是游离水析出过程。生物油蒸馏残渣在热解初始阶段，首先析出物理吸收的水分，随后发生脱水和解聚反应。同时，热解初始阶段整个过程失重4.4%，略大于水分含量，从图2可看到烷烯对应的特征峰3000cm-1，说明初始阶段已存在部分物质裂解。第2阶段的温度范围为145~550℃，期间出现了一个明显的失重峰，为主热解区，最大失重温度为251℃，该段主要反应为大分子物质发生裂解，此阶段失重达到60%，与挥发分比例接近。图26min时生物油蒸馏残渣热解的FTIR谱图Fig.2FTIRspectraofpyrolysisofbio-oildistillationresiduesat6min图3为热解过程中第2阶段不同时间点采集的产物析出谱图。从图3可看出水蒸气和CO2特征峰，主要是挥发的物质发生脱羰基反应，产生CO2、H2O和少量烷烯烃类物质。CO2在主热解阶段温度段均有析出，随着温度的升高，CO2产量逐渐增大，至1120s时达到最大值。同时，3100~2900、1800~1600、1500、1300~1100cm-1等范围出现很强的吸收峰，分别是C—H伸缩振动、羰基C==O双键伸缩振动、C—OH面内弯曲振动、C—O和C—C骨架振动等，对应各种烷烃类、醛类、酮类、羧酸类和醇类等物质。由图3可知，水的特征峰一直存在，说明该阶段有水产生，这是由于生物油蒸馏残渣热解产物发生了缩合缩聚反应。图3中吸收峰强度基本均为先增强后减弱，根据同一条件下任一波长光的吸光度与样品中各组分的浓度成正比［10］，说明生物油蒸馏残渣热解速率先增大后减小，与TG-DTG曲线图一致。从图3观察到热解过?
1116太阳能学报40卷图3不同检测时间生物油蒸馏残渣热解的FTIR谱图（20℃/min）Fig.3FTIRspectraofpyrolysisofbio-oildistillationresiduesatdifferenttime（20℃/min）第3阶段的温度为550~750℃，质量基本趋于稳定不变，说明热解已接近完全，剩余约25%的热解焦炭。在该过程中，焦炭的产生主要是C—H键进一步断裂和芳香化转化过程，分解的部分产物缩合，失去取代基以及游离基团的相互作用，逐步形成石墨结构。根据不同时间下生物油蒸馏残渣逸出气体红外光谱的变化情况，进行分峰拟合处理［12］，通过测量峰面积来定量分析生物油蒸馏残渣的裂解逸出气体各官能团的变化情况。不同温度下的红外光谱分峰拟合图相似，选取16min时红外光谱图，结果如图4所示。测量各主要子峰的峰面积占总面积的百分比如表2。图416min时生物油蒸馏残渣红外光谱分峰拟合图Fig.4FTIRpeakfittingspectraofbio-oildistillationresiduesat16min表2生物油蒸馏残渣气相红外光谱定量分析（%）Table2QuantitativeanalysisongasphaseFTIRspectraofbio-oildistillationresidues（%）时间/min14161820C—C3.075.778.864.12C—O2.466.137.144.02C==C4.604.666.414.82C==O3.8712.1915.668.61CO23.855.307.517.03CH3/CH27.966.726.237.21—OH6.655.229.376.15从表2中可观察到在14~20min过程中，含有C—C、C—O、C==C、C==O、CO2和—OH的官能团所占峰面积比例出现先增加后减少的过程，与红外光谱强度趋势一致。CH3/CH2官能团所占峰?
【参考文献】：
期刊论文
[1]花生壳的热重-质谱分析及其反应动力学[J]. 姚锡文,许开立,闫放,王贝贝. 东北大学学报(自然科学版). 2015(12)
[2]富氧环境下煤粒燃烧特性的热重实验[J]. 方立军,于澜. 燃烧科学与技术. 2014(04)
[3]生物油重质组分模型物热解行为及其动力学研究[J]. 吕微,张琦,王铁军,李伯松,马隆龙. 燃料化学学报. 2013(02)
博士论文
[1]干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究[D]. 陈登宇.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]生物质热解焦炭理化特性的研究[D]. 冯冬冬.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3053220
【文章来源】：太阳能学报. 2019,40(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【图文】：
2下生物油蒸馏残渣的TG-DTG曲线Fig.1TG-DTGcurveofbio-oildistillationresiduesinN2升温速率为20℃/min
-1和1300~1800cm-1处对应的水蒸气特征峰，说明在这个阶段失重主要是游离水析出过程。生物油蒸馏残渣在热解初始阶段，首先析出物理吸收的水分，随后发生脱水和解聚反应。同时，热解初始阶段整个过程失重4.4%，略大于水分含量，从图2可看到烷烯对应的特征峰3000cm-1，说明初始阶段已存在部分物质裂解。第2阶段的温度范围为145~550℃，期间出现了一个明显的失重峰，为主热解区，最大失重温度为251℃，该段主要反应为大分子物质发生裂解，此阶段失重达到60%，与挥发分比例接近。图26min时生物油蒸馏残渣热解的FTIR谱图Fig.2FTIRspectraofpyrolysisofbio-oildistillationresiduesat6min图3为热解过程中第2阶段不同时间点采集的产物析出谱图。从图3可看出水蒸气和CO2特征峰，主要是挥发的物质发生脱羰基反应，产生CO2、H2O和少量烷烯烃类物质。CO2在主热解阶段温度段均有析出，随着温度的升高，CO2产量逐渐增大，至1120s时达到最大值。同时，3100~2900、1800~1600、1500、1300~1100cm-1等范围出现很强的吸收峰，分别是C—H伸缩振动、羰基C==O双键伸缩振动、C—OH面内弯曲振动、C—O和C—C骨架振动等，对应各种烷烃类、醛类、酮类、羧酸类和醇类等物质。由图3可知，水的特征峰一直存在，说明该阶段有水产生，这是由于生物油蒸馏残渣热解产物发生了缩合缩聚反应。图3中吸收峰强度基本均为先增强后减弱，根据同一条件下任一波长光的吸光度与样品中各组分的浓度成正比［10］，说明生物油蒸馏残渣热解速率先增大后减小，与TG-DTG曲线图一致。从图3观察到热解过?
1116太阳能学报40卷图3不同检测时间生物油蒸馏残渣热解的FTIR谱图（20℃/min）Fig.3FTIRspectraofpyrolysisofbio-oildistillationresiduesatdifferenttime（20℃/min）第3阶段的温度为550~750℃，质量基本趋于稳定不变，说明热解已接近完全，剩余约25%的热解焦炭。在该过程中，焦炭的产生主要是C—H键进一步断裂和芳香化转化过程，分解的部分产物缩合，失去取代基以及游离基团的相互作用，逐步形成石墨结构。根据不同时间下生物油蒸馏残渣逸出气体红外光谱的变化情况，进行分峰拟合处理［12］，通过测量峰面积来定量分析生物油蒸馏残渣的裂解逸出气体各官能团的变化情况。不同温度下的红外光谱分峰拟合图相似，选取16min时红外光谱图，结果如图4所示。测量各主要子峰的峰面积占总面积的百分比如表2。图416min时生物油蒸馏残渣红外光谱分峰拟合图Fig.4FTIRpeakfittingspectraofbio-oildistillationresiduesat16min表2生物油蒸馏残渣气相红外光谱定量分析（%）Table2QuantitativeanalysisongasphaseFTIRspectraofbio-oildistillationresidues（%）时间/min14161820C—C3.075.778.864.12C—O2.466.137.144.02C==C4.604.666.414.82C==O3.8712.1915.668.61CO23.855.307.517.03CH3/CH27.966.726.237.21—OH6.655.229.376.15从表2中可观察到在14~20min过程中，含有C—C、C—O、C==C、C==O、CO2和—OH的官能团所占峰面积比例出现先增加后减少的过程，与红外光谱强度趋势一致。CH3/CH2官能团所占峰?
【参考文献】：
期刊论文
[1]花生壳的热重-质谱分析及其反应动力学[J]. 姚锡文,许开立,闫放,王贝贝. 东北大学学报(自然科学版). 2015(12)
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博士论文
[1]干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究[D]. 陈登宇.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]生物质热解焦炭理化特性的研究[D]. 冯冬冬.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3053220
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