生物質熱解Tg-FTIR實驗研究及其反應過程模擬.pdf

1、近年來，隨著生物質能逐漸成為各國能源組成的重要部分，對于生物質熱解和燃燒的研究也越來越多，尤其是對其熱解機理的研究也是逐漸深入，包括各種化學反應模型的提出以及動力學模擬，也取得了很多重要的成果，但是總結之前的研究來看，大多數研究是通過實驗的方法研究反應條件對生成物的影響，對于反應機理與動力學研究有的只是對表觀動力學參數的計算，或者是在惰性氣氛下建立化學反應模型，對于氧氣參與的熱解與燃燒過程的研究并不完善，因此為了體現氧氣對于熱解的影響，

2、需要建立一個與氧濃度相關的熱解動力學模型。
　　本文對四種生物質的熱解和燃燒進行了系統的試驗研究和模擬。在不同升溫速率和氧濃度下進行了TG-FTIR聯用實驗，分析了升溫速率和氧濃度對于熱解過程的影響，基于熱重實驗建立了一個兩步反應同時涉及氧濃度的多組分生物質熱解動力學模型并使用格子Boltzmann方法對生物質顆粒熱解中的傳熱傳質行為進行了模擬。
　　首先，進行了TG-FTIR聯用實驗研究了升溫速率和氧濃度對熱解的影響，實驗

3、表明生物質熱解是一個復雜的過程，首先是低溫下經過脫水過程使水分開始析出，之后發(fā)生一系列解聚反應，生成小分子氣體以及一些大分子有機組分，溫度繼續(xù)升高之后大分子二次降解生成CO等氣體;升溫速率對反應速率有所促進但對氣相產物組成和表觀活化能沒有影響，氧濃度對活化能的影響則表現為先降后升趨勢，同時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，建立了一個兩步反應的多組分生物質熱解動力學模型并對生物質的熱解進行動力學模擬，擬合計算

4、了動力學參數并進行了動力學模擬，模擬結果與實驗相比的質量殘差在2％左右，得到纖維素熱解活化能范圍為89.44～110.7 kJ/mol，半纖維素為52.21～59.90kJ/mol，木質素為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量變化及焦炭的生成。
　　最后，使用格子Boltzmann方法模擬了生物質顆粒熱解中的傳熱傳質過程，研究了熱解過程中溫度的變化規(guī)律以及顆粒尺