CeCl 3 催化作用下松木屑的热解特性分析
发布时间：2021-11-10 21:17
基于生物质热解理论,运用实验手段对松木屑在CeCl3催化作用下的热解失重特性进行探讨,应用阿伦尼乌斯公式和Coats-Redfern积分法理论拟合计算得到CeCl3催化作用下的热解反应动力学参数。采用热解管式炉对催化作用下的热解产物产率进行实验分析,实验过程以N2作为保护气氛,热解升温速率20℃/min、终温600℃,并考察催化剂添加量对热解效果的影响。实验结果表明,CeCl3对松木屑的热解具有显著催化作用,CeCl3能显著降低木屑的热解活化能,降低热解初温,使热解失重峰向低温移动,促进结炭反应,提高产炭率并且降低焦油产率,终温为600℃时,8%的CeCl3含量对松木屑催化热解效果最好,焦油产率下降10.36%,而焦炭产率提升9.25%。
【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
热解实验装置流程图
首先将管式炉设置为热解温度以20℃/min的升温速率由室温升至终温600℃，内管选用石英管，实验过程中通入流量为20 mL/min的高纯氩气做保护气氛。热解前称取5 g实验原料并置入石英舟中，并将石英舟推至石英管中央（热电偶测温点），升温至终温保持15 min后降温，炉温至100℃以下将石英舟中的残炭取出并称量。热解过程中产生的热解焦油由孟氏洗瓶中的无水乙醇溶解吸收，石英管及玻璃容器上的焦油在热解实验结束后用无水乙醇清洗干净。无水乙醇萃取焦油采用KDM可调控温电热器蒸馏，使乙醇完全挥发，称取焦油质量，蒸馏装置流程图见图2。2 实验结果与分析
图3和图4是松木屑在恒定升温速率（20℃/min）下，不同催化剂催化影响下的热解失重（TG）及微商失重（DTG）曲线。热解失重过程主要分为干燥预热、快速失重和缓慢失重阶段3个阶段[2,12,14]。由TG和DTG曲线可知：50～150℃，TG曲线有1个小的失重峰，此阶段是松木屑内部物理失水干燥阶段；150～260℃的TG曲线基本保持恒定不变，此阶段松木屑无热解裂解，吸收储存足够的能量来打断松木屑中有机分子中的化学键；265～400℃，松木屑开始快速失重，此时松木屑中纤维素、半纤维素中某些化学键吸收足够的能量克服活化能快速断裂，裂解形成小分子挥发分和气相的焦油[13,20-21,24];400℃以后松木屑的失重曲线逐渐变缓，这时松木屑中可裂解挥发的小分子气体和气态的焦油微乎其微，此时以木质素和快速热解阶段遗留的热解残余物缓慢裂解炭化的反应为主，形成难以热解的残炭。图4 经催化剂催化的松木屑热解DTG曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]木屑热解挥发物冷凝特性研究[J]. 王明峰,陈志文,蒋恩臣,任永志,韩平,孙焱. 农业机械学报. 2017(04)
[2]生物质热解实验及其动力学模型研究[J]. 王瑀喆,汪波,张桉童,李永华. 电力科学与工程. 2017(01)
[3]几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析[J]. 陈义胜,李姝姝,庞赟佶,刘素霞. 科学技术与工程. 2015(35)
[4]4种生物质秸秆的热解特性及其动力学分析[J]. 冉二君,刘梅英,牛智有. 华中农业大学学报. 2015(05)
[5]Pyrolysis Characteristics and Kinetics of Methyl Oleate Based on TG-FTIR Method[J]. Wang Xuechun,Fang Jianhua,Chen Boshui,Wang Jiu,Wu Jiang. China Petroleum Processing & Petrochemical Technology. 2015(02)
[6]升温速率、气氛与粒径对玉米秸秆热解特性的影响[J]. 惠世恩,梁凌,刘长春,王登辉,陈志良,荆强征. 热力发电. 2014(05)
[7]4种农林生物质的热解特性及动力学研究[J]. 樊永胜,蔡忆昔,李小华,赵卫东,俞宁,尹海云. 中国科技论文. 2013(12)
[8]生物质热反应机理与活化能确定方法Ⅱ.热解段研究[J]. 陈登宇,朱锡锋. 燃料化学学报. 2011(09)
[9]玉米秸秆燃烧特性及动力学分析[J]. 范瑾. 价值工程. 2011(23)
[10]白云石矿的综合开发利用[J]. 边水妮. 矿业工程. 2010(05)
博士论文
[1]生物质催化热解中催化剂积炭与再生特性研究[D]. 邵珊珊.东南大学 2016
硕士论文
[1]生物质热解动力学及反应机理的研究[D]. 秦岭.清华大学 2012
[2]木质类生物质催化热解动力学研究[D]. 杜海清.黑龙江大学 2008
[3]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
本文编号：3487963
【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
热解实验装置流程图
首先将管式炉设置为热解温度以20℃/min的升温速率由室温升至终温600℃，内管选用石英管，实验过程中通入流量为20 mL/min的高纯氩气做保护气氛。热解前称取5 g实验原料并置入石英舟中，并将石英舟推至石英管中央（热电偶测温点），升温至终温保持15 min后降温，炉温至100℃以下将石英舟中的残炭取出并称量。热解过程中产生的热解焦油由孟氏洗瓶中的无水乙醇溶解吸收，石英管及玻璃容器上的焦油在热解实验结束后用无水乙醇清洗干净。无水乙醇萃取焦油采用KDM可调控温电热器蒸馏，使乙醇完全挥发，称取焦油质量，蒸馏装置流程图见图2。2 实验结果与分析
图3和图4是松木屑在恒定升温速率（20℃/min）下，不同催化剂催化影响下的热解失重（TG）及微商失重（DTG）曲线。热解失重过程主要分为干燥预热、快速失重和缓慢失重阶段3个阶段[2,12,14]。由TG和DTG曲线可知：50～150℃，TG曲线有1个小的失重峰，此阶段是松木屑内部物理失水干燥阶段；150～260℃的TG曲线基本保持恒定不变，此阶段松木屑无热解裂解，吸收储存足够的能量来打断松木屑中有机分子中的化学键；265～400℃，松木屑开始快速失重，此时松木屑中纤维素、半纤维素中某些化学键吸收足够的能量克服活化能快速断裂，裂解形成小分子挥发分和气相的焦油[13,20-21,24];400℃以后松木屑的失重曲线逐渐变缓，这时松木屑中可裂解挥发的小分子气体和气态的焦油微乎其微，此时以木质素和快速热解阶段遗留的热解残余物缓慢裂解炭化的反应为主，形成难以热解的残炭。图4 经催化剂催化的松木屑热解DTG曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]木屑热解挥发物冷凝特性研究[J]. 王明峰,陈志文,蒋恩臣,任永志,韩平,孙焱. 农业机械学报. 2017(04)
[2]生物质热解实验及其动力学模型研究[J]. 王瑀喆,汪波,张桉童,李永华. 电力科学与工程. 2017(01)
[3]几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析[J]. 陈义胜,李姝姝,庞赟佶,刘素霞. 科学技术与工程. 2015(35)
[4]4种生物质秸秆的热解特性及其动力学分析[J]. 冉二君,刘梅英,牛智有. 华中农业大学学报. 2015(05)
[5]Pyrolysis Characteristics and Kinetics of Methyl Oleate Based on TG-FTIR Method[J]. Wang Xuechun,Fang Jianhua,Chen Boshui,Wang Jiu,Wu Jiang. China Petroleum Processing & Petrochemical Technology. 2015(02)
[6]升温速率、气氛与粒径对玉米秸秆热解特性的影响[J]. 惠世恩,梁凌,刘长春,王登辉,陈志良,荆强征. 热力发电. 2014(05)
[7]4种农林生物质的热解特性及动力学研究[J]. 樊永胜,蔡忆昔,李小华,赵卫东,俞宁,尹海云. 中国科技论文. 2013(12)
[8]生物质热反应机理与活化能确定方法Ⅱ.热解段研究[J]. 陈登宇,朱锡锋. 燃料化学学报. 2011(09)
[9]玉米秸秆燃烧特性及动力学分析[J]. 范瑾. 价值工程. 2011(23)
[10]白云石矿的综合开发利用[J]. 边水妮. 矿业工程. 2010(05)
博士论文
[1]生物质催化热解中催化剂积炭与再生特性研究[D]. 邵珊珊.东南大学 2016
硕士论文
[1]生物质热解动力学及反应机理的研究[D]. 秦岭.清华大学 2012
[2]木质类生物质催化热解动力学研究[D]. 杜海清.黑龙江大学 2008
[3]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
本文编号：3487963
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