生物质热解特性及热解动力学研究

摘要

采用杉木屑为实验原料对生物质的热解行为进行了研究。热解实验结果表明产油为目的的热解温度应维持在550℃左右；产气为目的的热解在800℃左右。热解液体产物的成分极为复杂，气体产物中的H2和CO2的含量受热解温度的影响显著，CnH2n+2和CO受温度的影响较小。在N2气氛下对杉木屑进行热重分析(TGA)，以不同的加热速率(10℃/min、20℃/min、30℃/min)对杉木屑的失重行为进行研究。对TG和DTG曲线的分析结果表明，生物质的热解行为可以分成两个明显的反应阶段，升温速率影响物料开始热解的温度以及热解的温度范围，升温速率的提高有利于生物质的热解反应。将生物质的热解分为两个阶段，用LiChung-Hsiung法对9种典型的固体热分解的机理函数进行拟合，比较它们的相关系数和偏差，再用Malek法来确定最有可能的机理函数。结果表明可以用R2模型即G(α)=1-(1-α)1/2来很好的描述这两个阶段，并根据模拟结果求出活化能E和指前因子A。

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1绪论

1.1生物质能

1.2生物质能利用技术

1.3生物质热解技术

1.4热解动力学

1.5本课题研究的主要内容和意义

2理论部分

2.1生物质热解反应的机理

2.1.1从生物质组成的角度分析

2.1.2从物质、能量传递的角度分析

2.1.3从反应进程分析

2.2生物质热解反应的动力学理论

2.2.1速率常数

2.2.2动力学模式(机理)函数

2.2.3非等温热分析动力学方法

3生物质在管式炉中的热解实验研究

3.1实验原料

3.1.1原料的制备

3.1.2原料的工业分析

3.2生物质的热解实验

3.3生物质热解实验结果分析

3.3.1不同温度下各种热解产物的得率

3.3.2热解液体产物的分析

3.3.3热解气体产物的分析

4生物质在N2气氛下的热重实验研究

4.1实验药品和仪器

4.2杉木纤维素的提取

4.2.1杉木综纤维素的提取

4.2.2半纤维素、纤维素的提取

4.3杉木纤维素的热重分析

4.4杉木屑的热重分析

4.4.1热解过程

4.4.2升温速率对热解特性的影响

4.4.3粒径对热解特性的影响

5生物质的热解动力学研究

5.1动力学模型的基本方程

5.2动力学模型的基本思想

5.3机理方程G(α)的选择方法

5.4动力学模型的建立

5.4.1参数的定义

5.4.2机理函数的选择

5.4.3动力学模型计算

5.4.4动力学模型结果分析

5.5纤维素热解动力学模型

5.6本文动力学模型的优点

结论

致谢

参考文献

附录A

附录B