生物質(zhì)熱解Tg-FTIR實(shí)驗(yàn)研究及其反應(yīng)過程模擬.pdf

1、近年來，隨著生物質(zhì)能逐漸成為各國能源組成的重要部分，對(duì)于生物質(zhì)熱解和燃燒的研究也越來越多，尤其是對(duì)其熱解機(jī)理的研究也是逐漸深入，包括各種化學(xué)反應(yīng)模型的提出以及動(dòng)力學(xué)模擬，也取得了很多重要的成果，但是總結(jié)之前的研究來看，大多數(shù)研究是通過實(shí)驗(yàn)的方法研究反應(yīng)條件對(duì)生成物的影響，對(duì)于反應(yīng)機(jī)理與動(dòng)力學(xué)研究有的只是對(duì)表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算，或者是在惰性氣氛下建立化學(xué)反應(yīng)模型，對(duì)于氧氣參與的熱解與燃燒過程的研究并不完善，因此為了體現(xiàn)氧氣對(duì)于熱解的影響，

2、需要建立一個(gè)與氧濃度相關(guān)的熱解動(dòng)力學(xué)模型。
　　本文對(duì)四種生物質(zhì)的熱解和燃燒進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和模擬。在不同升溫速率和氧濃度下進(jìn)行了TG-FTIR聯(lián)用實(shí)驗(yàn)，分析了升溫速率和氧濃度對(duì)于熱解過程的影響，基于熱重實(shí)驗(yàn)建立了一個(gè)兩步反應(yīng)同時(shí)涉及氧濃度的多組分生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)模型并使用格子Boltzmann方法對(duì)生物質(zhì)顆粒熱解中的傳熱傳質(zhì)行為進(jìn)行了模擬。
　　首先，進(jìn)行了TG-FTIR聯(lián)用實(shí)驗(yàn)研究了升溫速率和氧濃度對(duì)熱解的影響，實(shí)驗(yàn)

3、表明生物質(zhì)熱解是一個(gè)復(fù)雜的過程，首先是低溫下經(jīng)過脫水過程使水分開始析出，之后發(fā)生一系列解聚反應(yīng)，生成小分子氣體以及一些大分子有機(jī)組分，溫度繼續(xù)升高之后大分子二次降解生成CO等氣體;升溫速率對(duì)反應(yīng)速率有所促進(jìn)但對(duì)氣相產(chǎn)物組成和表觀活化能沒有影響，氧濃度對(duì)活化能的影響則表現(xiàn)為先降后升趨勢(shì)，同時(shí)氧濃度的增加使揮發(fā)分中的還原性氣體析出量減少。
　　其次，建立了一個(gè)兩步反應(yīng)的多組分生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)模型并對(duì)生物質(zhì)的熱解進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，擬合計(jì)算

4、了動(dòng)力學(xué)參數(shù)并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相比的質(zhì)量殘差在2％左右，得到纖維素?zé)峤饣罨芊秶鸀?9.44～110.7 kJ/mol，半纖維素為52.21～59.90kJ/mol，木質(zhì)素為34.14～38.85 KJ/mol，焦炭燃燒為11.45～24.05 kJ/mol，并模擬了各組分的質(zhì)量變化及焦炭的生成。
　　最后，使用格子Boltzmann方法模擬了生物質(zhì)顆粒熱解中的傳熱傳質(zhì)過程，研究了熱解過程中溫度的變化規(guī)律以及顆粒尺