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如何在平行反應(yīng)方案中確定一致的生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)

點(diǎn)擊次數(shù):2899  更新時(shí)間:2018-08-17

引言

    生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是世界上生物質(zhì)能研究的前沿技術(shù)之一。該技術(shù)能以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將以木屑等廢棄物為主的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的易儲(chǔ)存、易運(yùn)輸、能量密度高且使用方便的代用液體燃料(生物油),其不僅可以直接用于現(xiàn)有鍋爐和燃?xì)馔钙降仍O(shè)備的燃燒,而且可通過進(jìn)一步改進(jìn)加工使液體燃料的品質(zhì)接近于柴油或汽油等常規(guī)動(dòng)力燃料的品質(zhì),此外還可以從中提取具有商業(yè)價(jià)值的化工產(chǎn)品。相比于常規(guī)的化石燃料,生物油因其所含的硫、氮等有害成分極其微小,可視為21世紀(jì)的綠色燃料。
 

成果介紹

    A Anca-Couce等人討論了一種用于確定生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)的方法,該方法基于比較基*和KAS方法的等轉(zhuǎn)化方法,并在平行反應(yīng)方案中以小二乘擬合法擬合,其中三個(gè)假組分粗略地表示纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。已經(jīng)發(fā)表了松木的研究成果,在這里進(jìn)行了重新評(píng)估,使用的儀器有Linseis L81 1000熱平衡儀器。文獻(xiàn)報(bào)道的不同假組分的活化能差異很大。 如果小心確定生物質(zhì)熱解的動(dòng)力學(xué),這種變化可能會(huì)減少:首先,復(fù)制純纖維素的參考實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證熱重分析。然后,用不同的加熱速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析,并采用等轉(zhuǎn)換方法來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的可靠性,并避免在擬合程序中選擇恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)模型。

圖文導(dǎo)讀

圖1:文獻(xiàn)報(bào)道的生物質(zhì)假組分的活化能。 通過在幾個(gè)加熱速率(11除外)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù):1 [15],2 [16],3 [30],4 [31],5 [14],6 [32],7 [33],8 [25],9 [34],10 [18],11 [11],12 [13]。 在一項(xiàng)研究中報(bào)告多個(gè)值時(shí),只顯示平均值。

圖2:KAS方法轉(zhuǎn)化率從0.1到0.9和實(shí)驗(yàn)組的阿列紐斯曲線:(A)山毛櫸-A,(B)山毛櫸-V,(C)山毛櫸-K和(D)松樹- A。

圖3:裝配有n階反應(yīng)模型(A-D)和一階(E-H)的山毛櫸-A實(shí)驗(yàn)的DTG曲線。 對(duì)于每種情況,實(shí)驗(yàn)加熱速率為10 K / min(A,E),5 K / min(B,F(xiàn)),3 K / min(C,G)和1 K / min(D,H)。 符號(hào)(o)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用3個(gè)假組分以實(shí)線表示,每個(gè)假組分用虛線表示。

圖4:裝配有n階反應(yīng)模型(A-D)和一階(E-H)的山毛櫸-V實(shí)驗(yàn)的DTG曲線。 對(duì)于每種情況,實(shí)驗(yàn)加熱速率為108K / min(A,E),41K / min(B,F(xiàn)),3K / min(C,G)和0.5K / min(D,H)。 符號(hào)(o)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用3個(gè)假組分以實(shí)線表示,每個(gè)假組分用虛線表示。

 

圖5:裝配有一階反應(yīng)模型的松木-A實(shí)驗(yàn)的DTG曲線。情況(a)-(A)10K /分鐘,(C)5K /分鐘,(E)2.5K /分鐘,(b)-(B)10K / min,(D)5K / min,(F)2.5K / min。 符號(hào)(o)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用3個(gè)假組分以實(shí)線表示,每個(gè)假組分用虛線表示。

 


結(jié)論

    在描述生物質(zhì)熱解的平行反應(yīng)方案中,不同虛擬組分公布活化能的很大變化可能是由運(yùn)輸限制或二次反應(yīng)所引起的和/或?qū)?shù)據(jù)的分析所引起的。本研究采用基于模型的方法、小二乘法擬合并行反應(yīng)方案和等轉(zhuǎn)化方法如基*和KAS方法對(duì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了比較。指出了等轉(zhuǎn)化方法減少變異、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的可靠性和避免選擇不正確的反應(yīng)模型的有效性。結(jié)果表明,考慮所有反應(yīng)的一級(jí)反應(yīng)模型可以產(chǎn)生更確切的結(jié)果,特別是對(duì)木質(zhì)素?zé)峤饣罨艿牡凸馈.?dāng)所有反應(yīng)的n階反應(yīng)模型被考慮時(shí),結(jié)果都改善了,盡管其他反應(yīng)模型可能不被忽略。

 

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