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如何在平行反应方案中确定一致的生物质热解动力学

点击次数:1291  发布时间:2018-08-17

引言

    生物质热裂解技术是世界上生物质能研究的前沿技术之一。该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料(生物油),其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧,而且可通过进一步改进加工使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动力燃料的品质,此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。相比于常规的化石燃料,生物油因其所含的硫、氮等有害成分极其微小,可视为21世纪的绿色燃料。
 

成果介绍

    A Anca-Couce等人讨论了一种用于确定生物质热解动力学的方法,该方法基于比较基辛格和KAS方法的等转化方法,并在平行反应方案中以小二乘拟合法拟合,其中三个假组分粗略地表示纤维素、半纤维素和木质素。已经发表了松木的研究成果,在这里进行了重新评估,使用的仪器有Linseis L81 1000热平衡仪器。文献报道的不同假组分的活化能差异很大。 如果小心确定生物质热解的动力学,这种变化可能会减少:首先,复制纯纤维素的参考实验以验证热重分析。然后,用不同的加热速率进行实验和分析,并采用等转换方法来验证实验的可靠性,并避免在拟合程序中选择恰当的反应模型。

图文导读

图1:文献报道的生物质假组分的活化能。 通过在几个加热速率(11除外)下进行实验获得的数据:1 [15],2 [16],3 [30],4 [31],5 [14],6 [32],7 [33],8 [25],9 [34],10 [18],11 [11],12 [13]。 在一项研究中报告多个值时,只显示平均值。

图2:KAS方法转化率从0.1到0.9和实验组的阿列纽斯曲线:(A)山毛榉-A,(B)山毛榉-V,(C)山毛榉-K和(D)松树- A。

图3:装配有n阶反应模型(A-D)和一阶(E-H)的山毛榉-A实验的DTG曲线。 对于每种情况,实验加热速率为10 K / min(A,E),5 K / min(B,F),3 K / min(C,G)和1 K / min(D,H)。 符号(o)中的实验数据,用3个假组分以实线表示,每个假组分用虚线表示。

图4:装配有n阶反应模型(A-D)和一阶(E-H)的山毛榉-V实验的DTG曲线。 对于每种情况,实验加热速率为108K / min(A,E),41K / min(B,F),3K / min(C,G)和0.5K / min(D,H)。 符号(o)中的实验数据,用3个假组分以实线表示,每个假组分用虚线表示。

 

图5:装配有一阶反应模型的松木-A实验的DTG曲线。情况(a)-(A)10K /分钟,(C)5K /分钟,(E)2.5K /分钟,(b)-(B)10K / min,(D)5K / min,(F)2.5K / min。 符号(o)中的实验数据,用3个假组分以实线表示,每个假组分用虚线表示。

 


结论

    在描述生物质热解的平行反应方案中,不同虚拟组分公布活化能的很大变化可能是由运输限制或二次反应所引起的和/或对数据的分析所引起的。本研究采用基于模型的方法、小二乘法拟合并行反应方案和等转化方法如基辛格和KAS方法对动力学进行了比较。指出了等转化方法减少变异、验证实验的可靠性和避免选择不正确的反应模型的有效性。结果表明,考虑所有反应的一级反应模型可以产生更确切的结果,特别是对木质素热解活化能的低估。当所有反应的n阶反应模型被考虑时,结果都改善了,尽管其他反应模型可能不被忽略。

 

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