小麥秸稈熱解特性研究及其動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、在能源和環(huán)境的雙重壓力下，生物質(zhì)能的開發(fā)利用逐漸得到重視，熱解技術(shù)是開發(fā)利用生物質(zhì)能的基礎(chǔ)。本研究采用熱重分析儀對(duì)麥秸進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，分別研究了實(shí)驗(yàn)條件（麥秸粒徑和升溫速率）、預(yù)處理方法（水洗、酸洗、堿洗、微波和超聲處理）、催化劑（堿金屬鹽、堿土金屬鹽、過渡金屬鹽、Al2O3、Al2O3-Na2CO3）對(duì)麥秸熱解過程的影響，用動(dòng)力學(xué)分析方法對(duì)麥秸熱解過程進(jìn)行了分析，求得麥秸熱解動(dòng)力學(xué)三因子—熱解機(jī)制函數(shù)、活化能和指前因子，隨后研究了麥秸與

2、不同品種煤（煙煤和無煙煤）的共熱解特性，分析摻混比對(duì)共熱解過程的影響，并用單一升溫速率法對(duì)熱解過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。研究結(jié)果如下：
　?。?）分析不同粒徑麥秸在不同升溫速率下的熱重-微分熱重（TG-DTG）曲線得出，麥秸熱解的最佳粒徑為0.1～0.25mm，最佳升溫速率為10℃/min。以單一升溫速率法中Coats-Redfern法和Achar法確定麥秸熱解過程機(jī)制函數(shù)為第6號(hào)函數(shù)，積分形式機(jī)理函數(shù)為g(α)=[1-(1-α)1/3

3、]2，微分形式機(jī)理函數(shù)為f(α)=1.5(1-α)2/3[1-(1-α)1/3]-1，反應(yīng)級(jí)數(shù)n=2，熱解過程為三維擴(kuò)散（球形對(duì)稱）機(jī)制控制，遵循Jander方程，熱解活化能在120～170kJ/mol之間，用多重升溫速率法驗(yàn)證求得的結(jié)果較為準(zhǔn)確。麥秸熱解過程表觀活化能Ea和指前因子lnA隨轉(zhuǎn)化率α的變化趨勢(shì)一致，說明熱解過程中存在動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)。0.1～0.25mm麥秸在10℃/min升溫速率下的TG-DTG曲線表明麥秸熱解過程主要分

4、為四個(gè)階段：干燥階段、預(yù)熱階段、揮發(fā)分析出階段和碳化階段。
　?。?）預(yù)處理中的水洗和酸洗可以提高麥秸熱解產(chǎn)物中揮發(fā)分含量，降低熱解活化能。堿處理使麥秸熱解過程向低溫區(qū)域移動(dòng)，如氫氧化鈉可使麥秸熱解活化能從151.44kJ/mol降至84.09kJ/mol。微波和超聲處理能夠改變麥秸顆粒內(nèi)部的空隙結(jié)構(gòu)，促進(jìn)麥秸熱解，降低活化能。水洗、鹽酸、磷酸、微波和超聲處理后麥秸熱解最概然機(jī)制函數(shù)為第7號(hào)函數(shù)，經(jīng)硫酸處理后熱解機(jī)制函數(shù)為第17號(hào)

5、函數(shù)；經(jīng)氫氧化鉀和碳酸鈉溶液浸泡后，麥秸主熱解階段所遵循的最概然機(jī)制函數(shù)為第9號(hào)函數(shù)，氫氧化鈉使麥秸熱解機(jī)制函數(shù)變?yōu)榈?6號(hào)函數(shù)。
　?。?）堿金屬鹽和CaCO3能促進(jìn)麥秸中半纖維素的分解，使熱解DTG曲線中位于低溫區(qū)域的肩峰消失。FeSO4和ZnSO4能夠降低麥秸熱解速率。Al2O3和Al2O3-Na2CO3使麥秸熱解起始溫度向高溫區(qū)域移動(dòng)，Al2O3可明顯增大麥秸熱解速率。在無機(jī)金屬鹽的催化作用下麥秸熱解過程最概然機(jī)理函數(shù)為第

6、7號(hào)函數(shù)，積分形式機(jī)理函數(shù)g(α)=1-2α/3-(1-α)2/3，微分形式機(jī)理函數(shù)f(α)=3/2[(1-α)1/3-1]-1，熱解由三維擴(kuò)散（圓柱形對(duì)稱）機(jī)制控制，并且遵循G.-B.方程，F(xiàn)eSO4、ZnSO4、CaCl2和MgSO4能降低麥秸熱解的表觀活化能，其中FeSO4的效果最為明顯，使活化能從135.66kJ/mol降至113.66kJ/mol。Al2O3單獨(dú)作用時(shí)麥秸熱解機(jī)制函數(shù)為第2號(hào)函數(shù)，熱解過程由二維擴(kuò)散控制，遵循V

7、alensi方程，熱解活化能增加。
　?。?）麥秸與煙煤（無煙煤）的共熱解過程中存在協(xié)同作用，麥秸對(duì)煤的熱解過程同時(shí)存在促進(jìn)和抑制作用，當(dāng)麥秸摻混比較小時(shí)主要起促進(jìn)作用，麥秸摻混比高時(shí)抑制作用較為明顯。煙煤與麥秸共熱解過程的機(jī)制函數(shù)為第7號(hào)函數(shù)，熱解活化能位于165～175kJ/mol之間。當(dāng)無煙煤與麥秸質(zhì)量比為8:2時(shí)，共熱解機(jī)制函數(shù)為第9號(hào)函數(shù)，熱解活為203.86kJ/mol。當(dāng)無煙煤與麥秸質(zhì)量比為5:5和3:7時(shí)，共熱解機(jī)