PDF《生物质闪速热解挥发特性的模型研究》

第21 卷第10 期2005 年10 月农业工程学报Transactions of the CSA E Vo l .

21 No.

10 O ct.

2005 生物质闪速热解挥发特性的模型研究 李志合1,

2 , 易维明2 , 修双宁3 , 柏雪源2 , 李永军2 (1. 沈阳农业大学工程学院, 沈阳 110161;

2. 山东理工大学轻工与农业工程学院, 淄博 255049;

3. 中国农业大学水利与土木工程学院, 北京 100094) 摘要: 该文利用A rrhenius 一级反应动力学模型来研究生物质闪速热解挥发特性.通过理论计算, 得到了模型的表观活 化能和频率因子动力学参数.通过在层流炉上进行的多种生物质闪速热解挥发实验, 并利用灰分示踪法计算得到了挥发百 分比实验数据.实验数据与模型比较, 表明实验数据与理论模型吻合很好, 对不同生物质而言只是模型中的表观活化能与 表观频率因子动力学参数值有差异, 该模型可以用来描述生物质闪速热解特性. 关键词: 生物质;

模型;

闪速热解挥发特性 中图分类号: S216. 2;

Q

77 文献标识码: A 文章编号: 100226819(2005)

1020001204 李志合, 易维明, 修双宁, 等. 生物质闪速热解挥发特性的模型研究[J ]. 农业工程学报, 2005, 21(10): 1- 4. L i Zhihe, Yi W ei m ing, X iu Shuangning, et al . M odels fo r vo latilization characteristics of biom ass flash pyro lysis [J ]. T ransactions of the CSA E, 2005, 21(10): 1- 4. (in Chinese w ith English abstract) 收稿日期:

2004212208 修订日期:

2005204205 基金项目: 国家 十五

863 计划项目(2001AA 514030, 2003AA 514030);

国家自然科学基金资助项目(50376031) 作者简介: 李志合(1975- ) , 男, 汉族, 山东夏津人, 博士生, 助教, 从 事新能源技术研究.山东淄博 山东理工大学轻工与农业工程学 院, 255049.Em ail: lizhihe@ sdut. edu. cn 通讯作者: 易维明, 教授, 山东淄博 山东理工大学轻工与农业工程 学院, 255049.Em ail: yi w ei m ing@ sdut. edu. cn

0 引言热解是生物质材料进行热化学转换的第一步, 它受 如生物质的组分、 尺寸、 粒径、 热解温度及加热速率等诸 多因素的影响. 生物质热解机理在热解工艺的制定和热 解设备的设计中起着重要作用.由于生物质结构复杂, 热解机理涉及多种化学反应. 为了掌握和利用该热解过 程, 人们在这方面做了大量研究工作, 到目前为止, 关于 纤维素和木材热解的研究文章多达数百篇[1 ] , 用于描述 热解的动力学模型也很多, 有一级反应、n 级反应、 平行 一级反应、 连续一级或连续 n 级反应、 M iller、 Janse 和Diebo ld 模型等[2-

8 ] , 但这些模型大都是在加热速率较 慢和程序升温条件下得到的, 不适合加热速率较快, 非 程序升温的状况.热重仪(TGA ) 是研究热解的一种常 用设备, 它也只适用于慢速程序升温的热解过程[9-

12 ] . 层流炉是研究高升温速率热解的重要设备, 已经用于煤 的热解[13 ] .因此, 为了研究闪速升温速率下生物质的热 解机理, 挂靠于山东理工大学的山东省清洁能源工程技 术研究中心利用以等离子体为热源的层流炉系统, 并用 A rrhenius 一级反应动力学模型来描述生物质的热解 机理, 结果表明该模型与实验数据吻合较好, 为进一步 研究生物质闪速热解提供了理论基础.

1 实验1.

1 实验材料 以小麦秸秆、 玉米秸秆、 花生壳、 椰子壳、 稻壳、 棉花 柴粉末为研究对象.由于生物质粒径对传热有很大影 响, 为保证在热载气携带下形成层流, 要求实验材料粒 径足够小[14 ] .实验中生物质粉末的制备过程为: 把自然 干燥的生物质加工成