【摘要】：生物質(zhì)能是一種清潔可再生能源,它以CO2零排放、低S、低N等特點在能源結(jié)構(gòu)中的地位越來越重要。生物質(zhì)熱解不僅是一種高效生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化途徑,而且還是氣化、液化及燃燒過程的初始和伴生反應(yīng)。通過對生物質(zhì)的失重行為進行動力學(xué)分析,可深入了解生物質(zhì)熱解過程及反應(yīng)機理,為設(shè)計和開發(fā)高效的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換設(shè)備提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。 本文首先設(shè)計搭建了一套熱風(fēng)干燥裝置,可在短時間內(nèi)將大量新鮮高濕物料干造成含水率較低的分析樣,便于入庫保存,為后續(xù)實驗研究做準(zhǔn)備。 采用綜合熱分析儀,對幾種典型的源自生物質(zhì)的工業(yè)有機殘渣(如中藥渣、木屑、甘蔗渣和發(fā)酵床墊料)進行了熱解動力學(xué)研究。在不同升溫速率β下分別對粒徑65目的四類生物質(zhì)殘渣進行熱重實驗,并在β=20℃/min,不同粒徑范圍內(nèi),對中藥渣(樣品來自加多寶集團)進行熱重分析。在確定生物質(zhì)殘渣“動力學(xué)三因子"時,采用多升溫速率法中Ozawa法、Staring法和Doyle法計算活化能E值,同時利用Coats-Redfern積分法將熱重實驗數(shù)據(jù)分別代入12種常用的固態(tài)熱解反應(yīng)動力學(xué)機理函數(shù)中,通過動力學(xué)三因子求算的比較法,獲得用來描述特定生物質(zhì)的最優(yōu)機理函數(shù)。最后引入動力學(xué)補償效應(yīng),在選定的最優(yōu)機理模型基礎(chǔ)上,確定藥渣、木屑和甘蔗渣的活化能E與頻率因子A,從而建立三種試樣的熱解過程動力學(xué)表達(dá)式。分析研究結(jié)果包括： 1.生物質(zhì)殘渣熱解特性實驗研究結(jié)果如下： (1)中藥渣熱解過程分為預(yù)熱干燥、主熱解和炭化三個階段,木屑與甘蔗渣熱解過程可分為四個階段,與藥渣相比增加了預(yù)熱解階段。(2)隨著升溫速率的提高,最大失重速率及其對應(yīng)的溫度顯著增加,熱重曲線TG/DTG向高溫側(cè)移動。(3)大粒徑的試樣碳化程度較高,最大失重量和最大失重速率低于小顆粒試樣。(4)甘蔗渣DTG曲線出現(xiàn)明顯兩峰分離現(xiàn)象,原因在于半纖維素相對纖維素含量高。(5)含木質(zhì)素較高的木材類生物質(zhì)在消極熱解區(qū)較為活躍,同時高升溫速率有利于揮發(fā)分的析出。 2.生物質(zhì)殘渣熱解動力學(xué)研究結(jié)果如下： (1)在粒徑小于65目不同升溫速率下,三種多升溫速率法求得中藥渣活化能E值在70.5～76.8kJ/mol范圍內(nèi),木屑E值在126.4-167.5kJ/mol范圍之間,甘蔗渣E值在154.3-193.9kJ/mol范圍之間。(2)在對木屑和甘蔗渣活化能E值確定中發(fā)現(xiàn),隨轉(zhuǎn)化率α的增加,木屑和甘蔗渣的活化能值先增加后減小,α=40%和35%時,木屑和甘蔗渣活化能值分別達(dá)到最大。(3)從機理函數(shù)推斷中可知,Dl號模型能夠較好的描述中藥渣熱解反應(yīng)過程,木屑和甘蔗渣最優(yōu)機理模型為D3號。(4)引入動力學(xué)補償效應(yīng),在選定最優(yōu)機理函數(shù)基礎(chǔ)上,確定中藥渣活化能E=74.1kJ/mol、頻率因子A=1.58×103s-,木屑E=136.1kJ/mol、A=8.21×107s-1,甘蔗渣E=123.9kJ/mol、A=4.99×106s-,從而建立三種試樣的熱解過程動力學(xué)表達(dá)式。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2645716