PDF《生物质闪速热解挥发特性的模型研究》

1 ~

2 cm 的小段, 先用普通粉碎机 粉碎, 然后用高性能粉碎机粉碎, 过120 目筛, 筛下物用 研磨机研磨, 105℃干燥箱干燥24 h 后待用. 用Winner2000激光粒度分析仪分析, 其平均粒径小于

75 nm.限于篇幅, 本文仅以小麦秸秆为例来分析, 最后给 出其它生物质模型. 1.

2 实验控制参数 实验是在自制层流炉[15-

18 ] 上进行的, 它有两个热 源, 一是等离子枪提供的主热源, 其高温氩气直接通入 反应管, 氩气也是粉末的气体载体.等离子枪具有功率 大、 加热速率高的特点, 加热速率连续可调, 以满足闪速 热解的要求. 另一个是在反应管外均布的硅碳棒提供的 辅助热源, 通过温控仪通断控制炉温恒定. 实验中需要控制的参数有热解温度 T 和热解挥发 反应时间 t, 反应时间可以通过调整反应距离 h 控制. 等 离子枪表头流量, 一般固定在

2 m

3 h, 根据理想气体等 压状态方程以及反应管的几何尺寸 (内径

50 mm ) , 可 以换算出反应管内在设定实验温度 T 下的气体流量, 再根据层流理论计算出气体流速, 由于粉末粒径很小, 气体流速可以看作为生物质粉末的流速[14 ] . 反应距离 h 指生物质粉末出口与热解炭粉收集管入口之间的距离, 可以在 0.

2 ~ 0.

35 m 间连续可调, 用反应距离 h 除以气 体流速u 就是热解挥发反应时间[16,

17 ] . 热解温度与反应 时间之比即为生物质热解平均升温速率. 表1列出了实 验中的参数值. 1.

3 实验结果 根据表

1 设定的实验条件进行了生物质闪速热解 挥发实验, 利用灰份示踪法[15-

17 ] 得到了挥发百分比数 据.表2列出了四个不同热解温度、 不同反应时间下小

1 ? 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 麦秸秆的实验结果. 表1实验参数表 Table

1 Experi m ental param eters used in the experi m ent 参数参数值热解温度 K

750 800

850 900 氩气流量 m

3 ・h-

1 5.

17 5.

52 5.

86 6.

21 气体流速 m ・s-

1 1.

46 1.

56 1.

65 1.

76 反应距离 m 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0.

35 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0.

35 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0.

35 0. 2, 0. 25, 0. 3, 0.

35 反应时间 s 0. 137, 0. 171, 0. 206,

240 0. 128, 0. 160, 0. 192, 0.

23 0. 121, 0. 151, 0. 181, 0.

217 0. 115, 0. 144, 0. 172, 0.

201 升温速率

104 K s-

1 1.

3 1.

5 1.

8 2.

1 表2小麦秸秆的实验结果 Table

2 Experi m ental results of w heat straw 热解温度

750 K 挥发时间 s 0.

137 0.

171 0.

206 0.

24 挥发百分比 % 47.

54 52.

14 56.

87 61.

27 热解温度

800 K 挥发时间 s 0.

128 0.

160 0.

192 0.

23 挥发百分比 % 57.

42 61.

52 65.

19 68.

71 热解温度

850 K 挥发时间 s 0.

121 0.

151 0.

181 0.

217 挥发百分比 % 61.

15 65.

22 70.

32 72.

87 热解温度

900 K 挥发时间 s 0.

115 0.

144 0.

172 0.

201 挥发百分比 % 64.

09 69.

18 72.

32 75.

95 2 A rrhenius 一级反应动力学模型 热解动力学模型体现了热解化学反应的本质过程, 因此动力学模型的可靠性对于热解模型是否能正确反 映真实过程至关重要.在高温环境中, 生物质会发生一 系列复杂的脱水、 解聚、 脱挥发分和结构重组等变化. 生 物质热解动力学模型涉及这一系列复杂变化中包含的 各种反应机理.但是, 由于热解过程中进行数目众多的 反应而且各个反应之间存在竞争, 因此没有必要也不可 能建立一个考虑所有这些反应的详尽的动力学模型. 所 有的分析动力学研究都基于这样一个最基本的假设: 认 为表示化学反应速率与温度关系的A rrhenius 方程可 用于热分析反应, 即对于: 物料 K 炭+ 挥发分[19 ] . 根据A rrhenius 公式, 反应速率可表示为 dΑ dt = K f (Α ) 即K=Ae-ERT(1) 式中 K ――A rrhenius 速率常数;