生物質(zhì)及其氣化焦油的熱解及動(dòng)力學(xué)特性與機(jī)理.pdf

1、目前的能源絕大部分來(lái)源于化石資源,而大量使用化石原料不可避免的帶來(lái)能源危機(jī)以及大氣二氧化碳濃度增加等環(huán)境污染問(wèn)題,因此開發(fā)可再生、可循環(huán)使用的新能源迫在眉睫。生物質(zhì)能以其自身的優(yōu)點(diǎn)(低污染性、可再生性等)越來(lái)越受到人們的重視,而熱解是未來(lái)最有前景的生物質(zhì)利用方式之一。通過(guò)對(duì)生物質(zhì)的熱解特性及動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究,為進(jìn)一步利用生物質(zhì)提供了一定的理論基礎(chǔ)。利用綜合熱分析儀,在高純氮?dú)鈿夥障?進(jìn)行了不同升溫速率、粒徑、壓力、含金屬元素化合物的生物質(zhì)

2、和生物質(zhì)焦油的熱重法研究,分析建立了生物質(zhì)和生物質(zhì)焦油熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上選取了最適合的機(jī)理函數(shù),求出了對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù);然后對(duì)生物質(zhì)、生物質(zhì)焦油、污泥和煤矸石幾種不同物質(zhì)的熱解特性和機(jī)理進(jìn)行了比較;最后利用實(shí)際的焦油,在自建的固定床催化裂解裝置上,對(duì)生物質(zhì)焦油在CaO作用下的催化裂解進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究,并研究了裂解溫度、催化劑長(zhǎng)度對(duì)焦油催化效果的影響。研究表明:
　　1)隨著升溫速率的增加,生物質(zhì)的熱解特征溫度升高,

3、并與升溫速率呈線性關(guān)系,熱解釋放速率變大,揮發(fā)分釋放特性指數(shù)值越大,熱解更劇烈;隨著壓力的升高,四種生物質(zhì)的熱解特征溫度均有所降低,半峰寬也隨著壓力的升高而減少,最大揮發(fā)分釋放速度峰值( dw/dτ)max隨著壓力的提高而增加;隨著含金屬元素化合物的加入,生物質(zhì)揮發(fā)分釋放更劇烈,釋放高峰提前,熱解反應(yīng)向低溫區(qū)移動(dòng),熱解區(qū)變窄;粒徑對(duì)不同樣品呈現(xiàn)不同的規(guī)律。
　　2)隨著升溫速率的增加,生物質(zhì)焦油達(dá)到最大失重速率的溫度有所提高,DT

4、G峰變寬;隨著壓力的升高,生物質(zhì)熱解焦油的熱解特征溫度降低,熱解反應(yīng)區(qū)間向低溫區(qū)移動(dòng);加入含金屬元素化合物后對(duì)生物質(zhì)焦油的熱解具有明顯的促進(jìn)作用。
　　3)研究結(jié)果表明,除稻殼、玉米芯和生物質(zhì)焦油的第一階段可以用相界面R2模型很好的描述,其余各生物質(zhì)和各階段均符合一級(jí)反應(yīng)模型。
　　4)四種類別(生物質(zhì)、生物質(zhì)焦油、煤矸石和污泥)的物質(zhì)熱解特性及機(jī)理分析比較得出,煤矸石屬于高灰分低揮發(fā)分物質(zhì),而污泥和生物質(zhì)屬于高揮發(fā)分物質(zhì);

5、四種物質(zhì)的熱解曲線相似,均可以分為三個(gè)階段:脫水階段,揮發(fā)分析出階段和炭化階段;初析溫度分別為生物質(zhì)焦油＜生物質(zhì)＜污泥＜煤矸石;生物質(zhì)的熱解區(qū)間主要集中在低溫段,揮發(fā)分析出階段,DTG上有個(gè)明顯的失重峰,污泥有兩個(gè)熱解區(qū)間,煤矸石的熱解區(qū)間主要在中高溫段,DTG上有雙峰;活化能的大小為生物質(zhì)焦油＜生物質(zhì)＜污泥＜煤矸石;四種物質(zhì)符合不同的熱解機(jī)理,四種生物質(zhì)除稻殼和玉米芯的熱解第一階段符合相界面R2模型,其余各生物質(zhì)和各階段均符合一級(jí)反應(yīng)