生物质成型燃料的热解性质及反应动力学分析
发布时间：2022-01-10 14:35
文中使用热重分析法研究生物质成型燃料的热解性质。结果显示,生物质成型燃料的热解过程主要分为三个阶段:失水干燥、快速热解与缓慢失重。当升温速度从5K/min逐渐升高至30K/min时,最大热解速率由-3.72%/min逐步上升至-19.41%/min,这说明提高升温速度对热解有利,热解曲线向高温区移动。采用Coats-Redfern模型对成型燃料的热解过程进行拟合,发现一级动力学模型可描述成型燃料的热解过程,且活化能在58k J/mol69k J/mol之间,表明生物质成型燃料的热解过程很容易进行。
【文章来源】：质量技术监督研究. 2018,(02)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
生物质成型燃料在升温速率5K/min下的TG-DTG曲线
线下降速率变缓，失重速率基本维持在-0.39%/K至-0.42%/K。该阶段主要是木质素热解，并生成较多的炭。2.2升温速率对生物质成型燃料热解的影响图2分别显示了成型燃料在5K/min、10K/min、20K/min与30K/min升温速率下的TG-DTG曲线。图2生物质成型燃料在不同升温速率下的TG(a)-DTG(b)曲线图2经整理后，获得成型燃料在4个升温速率下的热解特征参数，见表2。表2不同升温速率下成型燃料热解的特征参数当升温速率从5K/min升高至30K/min时，TG曲线整体向高温区移动，热解过程出现了滞后，ΔTG1逐渐降低，ΔTG2基本相等，在相同的温度下，升温速率越高，失重就越少；DTG曲线的两个热解峰的峰值速率U1与U2分别从-0.46%/min与-3.72%/min升高至-1.26%/min与-19.4%/min，热解速率升高且主热解区峰宽变大，说明提高升温速率有利于热解反应迅速进行；峰值温度θ1与θ2分别从326.9K与608.9K升高至381.7K与645.5K，DTG曲线也随之向高温区移动，传热滞后效应导致峰值温度θ升高。2.3生物质成型燃料的热解动力学动力学分析主要针对的是第二时期的主热解阶段，利用热重数据即可求出成型燃料在各个升温速率下的动力学参数。研究者已经得出多种动力学模型[5,6]。文中采用Coats-Redfern法计算活化能E及频率因子A。生物质热解动力学方程的一般形式为：（1）式中：，为转化率，为残余物质量，k遵循阿累尼乌斯方程：（2）式中：A为频率因子，E为表观活化能，T为绝对温度，R为气体常数。f(α)是关于转化率α的函数，它的函数形式取决于反应类型，一般假设f(α)与温度T和时间t无关，只与反应程度α有关。对于简单反应可取f(α)=(1-a)n，n为反应级数，所以。等速升温的热重分析中，升温速率为β=，将其带?
下的拟合结果见图3，其中，x=。图3成型燃料在不同升温速率下的拟合曲线拟合曲线显示出良好的线性关系。将图3整理后，获得活化能、频率因子和相关系数等，见表3。表3不同升温速率下成型燃料的热解动力学参数对于主热解阶段，当反应级数为1时，用TG数据模拟动力学曲线，获得高的相关系数，R2为0.996以上，说明采用一级动力学模型来描述成型燃料的主要热解阶段是可行的，采用Coats-Redfern法求得的活化能数据是可靠的。成型燃料的活化能在58kJ/mol-69kJ/mol之间，数值较低，表明成型燃料的热解反应比较容易进行，而且升温速率对表观活化能的影响并不大，数据之间的差异主要由于模型计算误差产生。3结论文中研究了生物质成型燃料的热解性质及反应动力学，获得以下三点结论：（1）成型燃料的热解过程存在三个阶段：干燥、快速热解与缓慢分解。（2）随着升温速率的逐渐提高，热解速率也随之提高，有利于热解过程；而传热滞后效应引起TG与DTG曲线向高温区移动。（3）采用一级动力学模型拟合出的曲线相关系数均大于0.996，表明成型燃料的热解过程符合一级动力学模型，而且活化能低，热解反应容易进行。结果表明，成型燃料可通过热解气化方式提高生物质的能源利用率，该研究可为开发用于生物质成型燃料的热解气化设备提供热力学基础数据。参考文献[1]孙军,邹玲.木废料燃烧过程中及其影响因素分析[J].工业锅炉,2002(6):24-27.[2]盛奎川,吴杰.生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展[J].农业工程学报,2004,20(2):242-245.[3]蔡晓锋,张涛.生物质热解技术的现状、发展趋势及研究[J].工业锅炉,2011(2):10-12.[4]苏毅,朱惠春,张金亮,等.城市垃圾热化学转化处理技术进展与应用[J].工业锅炉,2015(1):7-14.[5]HuS,Jess
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市垃圾热化学转化处理技术进展与应用[J]. 苏毅,朱惠春,张金亮,沈克宇,夏同伟,李志强,沙永涛. 工业锅炉. 2015(01)
[2]生物质热解技术的现状、发展趋势及研究[J]. 蔡晓锋,张涛. 工业锅炉. 2011(02)
[3]生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展[J]. 盛奎川,吴杰. 农业工程学报. 2004(02)
[4]木废料燃烧过程及其影响因素分析[J]. 孙军,邹玲. 工业锅炉. 2002(06)
本文编号：3580880
【文章来源】：质量技术监督研究. 2018,(02)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
生物质成型燃料在升温速率5K/min下的TG-DTG曲线
线下降速率变缓，失重速率基本维持在-0.39%/K至-0.42%/K。该阶段主要是木质素热解，并生成较多的炭。2.2升温速率对生物质成型燃料热解的影响图2分别显示了成型燃料在5K/min、10K/min、20K/min与30K/min升温速率下的TG-DTG曲线。图2生物质成型燃料在不同升温速率下的TG(a)-DTG(b)曲线图2经整理后，获得成型燃料在4个升温速率下的热解特征参数，见表2。表2不同升温速率下成型燃料热解的特征参数当升温速率从5K/min升高至30K/min时，TG曲线整体向高温区移动，热解过程出现了滞后，ΔTG1逐渐降低，ΔTG2基本相等，在相同的温度下，升温速率越高，失重就越少；DTG曲线的两个热解峰的峰值速率U1与U2分别从-0.46%/min与-3.72%/min升高至-1.26%/min与-19.4%/min，热解速率升高且主热解区峰宽变大，说明提高升温速率有利于热解反应迅速进行；峰值温度θ1与θ2分别从326.9K与608.9K升高至381.7K与645.5K，DTG曲线也随之向高温区移动，传热滞后效应导致峰值温度θ升高。2.3生物质成型燃料的热解动力学动力学分析主要针对的是第二时期的主热解阶段，利用热重数据即可求出成型燃料在各个升温速率下的动力学参数。研究者已经得出多种动力学模型[5,6]。文中采用Coats-Redfern法计算活化能E及频率因子A。生物质热解动力学方程的一般形式为：（1）式中：，为转化率，为残余物质量，k遵循阿累尼乌斯方程：（2）式中：A为频率因子，E为表观活化能，T为绝对温度，R为气体常数。f(α)是关于转化率α的函数，它的函数形式取决于反应类型，一般假设f(α)与温度T和时间t无关，只与反应程度α有关。对于简单反应可取f(α)=(1-a)n，n为反应级数，所以。等速升温的热重分析中，升温速率为β=，将其带?
下的拟合结果见图3，其中，x=。图3成型燃料在不同升温速率下的拟合曲线拟合曲线显示出良好的线性关系。将图3整理后，获得活化能、频率因子和相关系数等，见表3。表3不同升温速率下成型燃料的热解动力学参数对于主热解阶段，当反应级数为1时，用TG数据模拟动力学曲线，获得高的相关系数，R2为0.996以上，说明采用一级动力学模型来描述成型燃料的主要热解阶段是可行的，采用Coats-Redfern法求得的活化能数据是可靠的。成型燃料的活化能在58kJ/mol-69kJ/mol之间，数值较低，表明成型燃料的热解反应比较容易进行，而且升温速率对表观活化能的影响并不大，数据之间的差异主要由于模型计算误差产生。3结论文中研究了生物质成型燃料的热解性质及反应动力学，获得以下三点结论：（1）成型燃料的热解过程存在三个阶段：干燥、快速热解与缓慢分解。（2）随着升温速率的逐渐提高，热解速率也随之提高，有利于热解过程；而传热滞后效应引起TG与DTG曲线向高温区移动。（3）采用一级动力学模型拟合出的曲线相关系数均大于0.996，表明成型燃料的热解过程符合一级动力学模型，而且活化能低，热解反应容易进行。结果表明，成型燃料可通过热解气化方式提高生物质的能源利用率，该研究可为开发用于生物质成型燃料的热解气化设备提供热力学基础数据。参考文献[1]孙军,邹玲.木废料燃烧过程中及其影响因素分析[J].工业锅炉,2002(6):24-27.[2]盛奎川,吴杰.生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展[J].农业工程学报,2004,20(2):242-245.[3]蔡晓锋,张涛.生物质热解技术的现状、发展趋势及研究[J].工业锅炉,2011(2):10-12.[4]苏毅,朱惠春,张金亮,等.城市垃圾热化学转化处理技术进展与应用[J].工业锅炉,2015(1):7-14.[5]HuS,Jess
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市垃圾热化学转化处理技术进展与应用[J]. 苏毅,朱惠春,张金亮,沈克宇,夏同伟,李志强,沙永涛. 工业锅炉. 2015(01)
[2]生物质热解技术的现状、发展趋势及研究[J]. 蔡晓锋,张涛. 工业锅炉. 2011(02)
[3]生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展[J]. 盛奎川,吴杰. 农业工程学报. 2004(02)
[4]木废料燃烧过程及其影响因素分析[J]. 孙军,邹玲. 工业锅炉. 2002(06)
本文编号：3580880
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