堅(jiān)果殼類生物質(zhì)熱解反應(yīng)動力學(xué)的研究.pdf

1、生物質(zhì)熱解不僅是一種生物質(zhì)能高效利用轉(zhuǎn)化方式，而且還是生物質(zhì)液化、氣化和燃燒過程中必不可少的一個(gè)階段。對生物質(zhì)熱解反應(yīng)過程中動力學(xué)參數(shù)及熱解機(jī)理的深入研究有利于了解熱裂解的本質(zhì)，控制熱解過程，為設(shè)計(jì)適合原料特點(diǎn)的反應(yīng)器及制定反應(yīng)工藝提供理論基礎(chǔ)。本研究是結(jié)合國家自然科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目“生物質(zhì)快速熱裂解主要參數(shù)對生物油產(chǎn)量及特性的影響”(編號：50276039)進(jìn)行的。 采用熱重分析儀和傅里葉變換紅外FTIR光譜儀，對堅(jiān)果殼類生

2、物質(zhì)(向曰葵籽殼、核桃殼和花生殼)進(jìn)行熱解反應(yīng)動力學(xué)研究以及熱重試驗(yàn)剩余物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。以5、10、20、30、40℃/min的升溫速率分別對60目和100目的三種堅(jiān)果殼類生物質(zhì)在熱重儀上進(jìn)行熱解反應(yīng)，并對40℃/min和60℃/min升溫速率時(shí)不同溫度下的熱重剩余物進(jìn)行FTIR光譜分析。在計(jì)算堅(jiān)果殼類生物質(zhì)動力學(xué)參數(shù)時(shí)，用Flynn-Wall-Ozawa法、Starink法和Kissinger-Akahira-Sunose法求活化能

3、(E)，用積分法Coats-Redfern方程和微分法．Achar方程對熱解機(jī)理進(jìn)行推斷，然后再用熱分析動力學(xué)三因子求算的比較法，得出反應(yīng)的機(jī)理函數(shù)微分形式表達(dá)式f(a)和積分形式表達(dá)式g(a)。 結(jié)果表明：不同方法求得的同一粒徑范圍內(nèi)的活化能(E)值基本相同。由Ozawa法和Starink．法求得向日葵籽殼活化能都集中在140～178 kJ/mol范圍內(nèi)，而且，Ozawa法得出的活化能值普遍都比Starink法得出的活化能值要

4、稍高一些。從求解不同粒徑不同升溫速率下的核桃殼和花生殼熱解反應(yīng)的活化能結(jié)果來看，不同方法求得的同一粒徑范圍內(nèi)的活化能值趨勢和向日葵籽殼的相似。從用相同方法求得不同粒徑范圍內(nèi)的活化能值結(jié)果來看，粒徑越大，活化能值越高，粒徑越小，活化能值越低。從對機(jī)理函數(shù)推斷結(jié)果可知，堅(jiān)果殼類生物質(zhì)熱解反應(yīng)屬于擴(kuò)散機(jī)理，6號機(jī)理函數(shù)能較好的描述向日葵籽殼熱解反應(yīng)的熱解過程。機(jī)理函數(shù)的微分形式為f(α)=(2/3)(1-α)<'2/3>[1-(1一α)<'1

5、/2]<'-1>，積分形式為g(α)=[1-(1-α)<'1/3>]<'2>，其機(jī)理為三維擴(kuò)散，反應(yīng)級數(shù)n=2。9號機(jī)理函數(shù)能較好的描述核桃殼和花生殼熱解反應(yīng)過程，機(jī)理為三維擴(kuò)散，積分形式g(α)=[(1-α)<'1/3>-1]<'2>，微分形式f(α)=(3/2)(1-α)<'4/3>[(1-α)<'-1/3>-1]<'-1>。通過對不同溫度下熱重后的剩余物進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜分析可知，熱失重到達(dá)400℃時(shí)，高分子聚合物基本上都已經(jīng)