纤维素热裂解过程动力学的试验分析研究.pdf

第 卷第 期 年 月 浙江大学学报 工学版 3 1 收稿日期A B C B C D 基金项目A国家自然科学基金资助项目 D B E F 0 C 4 Le 5g 0 4 C 9 4 L kg5 3 4 C 7 4 Lh5 l 0 C 2 3 4 Ll O1 C m n o p qr q o s t up q vr q w x s y q zo q r q t x q o o s x q t o u p y s p y s uy x q x s uy r v p x y q L 2 的不 同升温速率对纤维素原料在的纯棉 花中提取 其灰份质量分数为9 9 粒径为7 9 8 2 试样量均控制在A2B以内 纤维素热裂解动力学试验结果 在给定的升温速率下 随着原料温度的升高 纤 维素热裂解经历了几个不同阶段 主要分为五个区 域C见图 D 第一区域是从室温开始到E9的部分 在该区域 图F纤维素热裂解的失重过程 G B 3 H I B H J 1 K KL M N K M O L 1 1 N 1 M K P Q M 1 Q K K 中生物质除了温度升高外 没有发生失重 此时试样 的性质基本未变化R第二区域是指E9到E 的这个 范围 在这个过程中生物质开始失去自由水R在接下 的E 至E 的第二区域内 热重曲线几乎成一平台 期间发生微量的失重 这是生物质发生解聚及 9 9 非整个热裂解过程的最终残留物质量分数 表A列出了不同升温 速率下的炭产量 结果显示低升温速率下炭的生成 量较高 表明高升温速率对炭的生成具有抑制作用 有利于挥发分的生成 表B不同升温速率下炭的产量 C D A C 3 4E 9 9 F G H IJK 9 9 表m不同升温速率下的动力学常数 C D C n 6 9 9 9 动力学 常数 F G H IJK 0 9 图 0 A B 5C D E7 5 F G H I 55 J J 5 C I FK D LI 5 E7 5 M H I N M 5 图O较高温度段动力学补偿效应 0 A B 5C D E7 5 F G H I 55 J J 5 C I FB BI 5 E7 5 M H I N M 5 P 结果分析及讨论 对于纤维素热裂解表观反应动力学研究 时纤维素以3 4 0 9R S ED K 活化能的路径热 裂解 上对粒径为 的纤维素进行热重试验 因为颗粒尺寸足够小所以 颗粒内部传热限制可以忽略 而且热电偶与样品直 接接触保证了温度测定的可靠性 但在此热重分析 中样品用量太大 约为 4 2 4 A B C D 2 U的反应过程 后续两平行竞争反应 其中低温有 利于炭的生成 较高温则偏向于生成液态挥发份 一 次挥发份在高温和长时间停留条件下进一步反应生 成包括二次轻质气体V二次焦油和部分炭的二次产 物 在通常的反应条件中 如热天平 由于不可能采 用足够小的颗粒粒径或足够薄的物料厚度 以及热 裂解产物的及时猝冷装置 一次产物接触高温炭或 者是在高温反应条件下发生二次热裂解几乎是不可 避免的 因而在12 3 4 5 6 3 7 6 2 8试验中由于传热与传 质的影响 热裂解动力现象在高温时体现出二次反 应的效果 使得表观活化能在W X左右出现转折 现象 而 3 Z S 对生物质热裂解过程中 热电偶处于不同测温点得 到的表观活化能结果进行分类发现T测温用的热电 偶位于试样外时的活化能为 4 3 热 电偶测点位于气流中的活化能则为 Y 4 3 热电偶直接与试样接触的活化能为 4 2 4 A B C D 2 7 8 7 A B 6 7 8 7 C D 9 9 E 9 8 B A E E B A 9 F 5G H HI J G K L MN K O P Q R S P T U V V Q WV X V 5 Q 1 0 2 3 Y 31 0 Z 1 5 4 6 E 7 7 B9 a 0 b B 6 7 A A 8 BB 6 b 9 E b B 7 c b B A D C B 6 7 A 8 D E A E 7 8 7 E 7 d B 9 8 F 5e f g g hi g j O i g P Q Q T k U P S W T T 5 P l Z D 7 E 7 D d 9 b d 6 9 E b B 7 m 7 A B 7 E b B 9 B 9 n A E A B b B 7 8 b d 6 9 E b B 7 F 5op qqr H P Q P P T R U ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss R l S WR P l 5 t上接第u v w页x t V x不同升温速率下 表观活化能对温度相当 敏感 在X l l3左右出现了转折 低温段的活化能约 在T X Ry F z 9 较高温度段则体现为P R Vy F z 9 左 右的低活化能 从而使主反应区的模拟分为两步进 行5 t S x纤维素热裂解是一传热传质现象与化学动 力学机制相互影响 控制的过程 反应条件如反应温 度 升温速率 气相停留时间以及颗粒粒径等影响着 反应过程的进行5 t X x试验结果与其他研究者得到的结果进行了 对比分析 结果表明热质传递等因素的影响是造成 热裂解动力学参数差异的主要原因5 参考文献t f f f H K f x U P 王树荣5生物质热裂解制油实验与机理研究 a 5杭州U 浙江大学 P Q Q Q 5 02 Z 6 D m 8 9 C 5 4 n d 7 8 A 7 B B D b 9 c A 9 d b 8 9 b A B 9 c A 9 m 9 A a 5 C 6 9 D U 6 7 A C A 7 8 A B b P Q Q Q 5 T 6 7 B m B 8 7 8 A A B A B 6 7 6d b 8 9 b A 9 E 7 D 9 7 F 5p H M H c A 9 B 7 8 A 7 B A E 9 B 6 7 8 9 E 7 D 9 7 d D 7 E 79 7 n d 7 8 A 7 B A B A 9 F 5 f qi K O qO K L G K L P Q R P T l U P T P WP k