气化过程中谷壳焦颗粒孔隙结构及分形特性的演化.pdf

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1、第28卷第13期农业工程学报2762012年7月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，oI．28No．13Jul．2012气化过程中谷壳焦颗粒子L隙结构及分形特性的演化付鹏1’2，胡松雠，向军1，孙路石1，柏雪源2(1．华中科技大学煤燃烧国家重点试验室，武汉430074：2．山东理工大学农业工程与食品科学学院，淄博255049)摘要：为了深入揭示生物质焦在气化反应中的行为变化及反应机理，该文利用氯气物理吸附法和扫描电镜等技术研究了气化过程中谷壳焦颗

2、粒孔隙结构和表面形态的演化，并用分形维数描述了焦颗粒内部孔隙表面形态的复杂程度。结果表明，谷壳气化焦的吸附特性曲线存整体上均呈现出II型等温线特征，表明焦颗粒具有较为连续和完整的孔分布系统。随着气化反应的进行，谷壳焦的BET比表面积和微孔比表面积均呈现出先增大后减小的变化趋势，并在气化转化率为48．6％时取得最大值210．45和147．14m2／g。孔容积的变化规律与比表面积相近。随着气化转化率的增大，焦颗粒的半均孔径迅速减小，在转化率为35．4％时达到最小值2．94nm，之后稍有增大。分形FHH(Frenkel．Halse

3、y．Hill)模型适用于生物质气化焦颗粒孔隙表面分形特征的研究。气化过程中焦颗粒孔隙表面分形维数的变化趋势与平均孔径的变化趋势相反，两者呈现出较好的线性关系。研究结果可为实际生物质气化过程的数值模拟和运行参数的优化等提供参考。关键词；生物质，孔隙结构，分形，谷壳焦，气化doi,10．3969／j．issn．10026819．2012．13．044中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一13—0276—06付鹏，胡松，向军，等．气化过程中谷壳焦颗粒孔隙结构及分形特性的演化【J】．农业工程学报，

4、2012，28(13)：276—281．FuPeng，HuSong，XiangJun，eta1．Evolutionofporestructureandfractalcharacteristicsofricehuskcharparticlesduringgasification[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(13)：276—281，(inChinesewithEnglishab

5、straa)0引言随着常规化石能源供应的日趋紧张和环境污染的日益严重，生物质作为一种环境友好的清洁可再生能源，受到越来越多研究者的广泛关注。在中国，谷壳是一种主要的农业副产品，年产量在3600万t以上，开发利用潜力巨大。生物质气化技术作为一种非常重要的热化学转换技术【11，可将低品位的谷壳废弃物转化为高品位的洁净气体燃料(如H2、CO和低分子烃类气体等)，具有经济性高、开发利用潜力大等优点，是当前生物质能转换利用研究中的一个重点，也是町再生能源技术发展的重要方向。生物质气化过程十分复杂，涉及到生物质热解和焦炭气化2个阶段[2

6、．3】。生物质焦的气化反应属于气固异相反应，反应速率一般比热解反应更慢，是整个气化过程的速率控制步骤卜51。随着气化反应的进行，生物质焦孔隙结构将发生巨大变化，而孔隙结构的改变反过来又会影响气化反应的有效进行。对于实际生物质气化过程，收稿日期：201I-12．15修订日期：2012_06-12基金项目：国家自然科学基金项目(51176062、21176098)；山东理工大学博士科研启动基金(404l-410029)作者简介：付鹏(198l一)，男．山东淄博人．博士研究生，主要从事生物质热解气化技术研究。淄博山东理工大学农业工

7、程与食品科学学院，255049。Email：fupcngsdut@yahoo．corn．cn※通信作者：胡松(1972一)，男，湖北武汉人，教授，主要从事煤／生物质结构与反应性方面的研究。武汉华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，430074。Emaihkssl00@163．com其气化反应大多处于扩散控制区或动力与扩散的联合控制区，生物质焦颗粒内部孔隙结构的形成和发展在气化过程中扮演着非常重要的角色，主要体现在以下2个方面：1)孔隙结构直接影响到反应介质和气态产物的扩散传质过程；2)孔隙结构提供了发生气化反应的活性位。虽然有关

8、生物质气化机理的研究已开展很多，然而国内外关于气化过程中生物质焦结构演化行为的研究还较少[6-s]。研究生物质焦孔隙结构在气化过程中的变化，对于加深认识生物质气化机理及反应本质等具有重要意义。分形理论适用于描述多孔介质中不规则复杂孔结构，在煤／生物质结构研究中得到了广泛应用l钆161，但在