一种分析生物质热解动力学的连续方法

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1、一种分析生物质热解动力学的连续方法摘要研究生物质热解动力学的连续方法包括两个步骤第一步是分析生物质热解动力学和测定在最大反应速率下的未反应分数。第二步是制定反应速率的图表和核实前一阶段中计算的动力学参数。纸，木聚糖，碱木质素分别用来代表纤维素，半纤维素和木质素，并且假设它们的热解反应代号1，2和3的顺序来分析。对于大部分生物质来说，热解动力学参数都是确定的，且反应速度图样的模拟都被记作反应1。这种新方法适用于模拟大部分的生物质热解和类似的可实现，有代表，可信赖的反应。说明生物质及其衍生物的利用已经成为可再生能源的一大资源。生物质是丰富的中碳可再生资源，生物能

2、源和生物材料的产品。根据生物质原料的种类和转换技术，生物燃料可以分为两个主要的种类，一次燃料和二次燃料。尽管该技术已经被应用，粮食作物原料的利用已引起了一些有争议的问题，如粮食价格上涨，毁林，全球气候变暖和生物多样性的威胁等等，阻碍了一次生物燃料的应用。不同于前者，第二代生物燃料来源不再是粮食作物而是有机废物和非食品作物。实际上，废弃生物质的原料，是随处可见且大量出现的农业和林业的残留物，工业和城市固体废物等等。那就意味着废弃生物质的利用有很多的好处，包括原料的的质量，收集和运输。生物质转化为生物燃料的方法有以下几种：生物反应，化学反应，热反应。热反应技术可

3、以进一步分为三种类别：热解，气化和直接燃烧。热解是在无氧或控制氧气条件下的热反应。此外，生物质热解是一个有工业和重要生物意义的热化学转变过程。在热解过程产生固体，液体和气体产物的分量会根据原料特性和不同反应过程的不同而变化。此外，热解反应同时产生气化和直接燃烧的过程，它的重要性可想而知。现在已经有大量有关生物质热解的动力学研究的文献和材料。根据原料分析和热重分析仪器，热解反应可以看做是纤维素，半纤维素和木质素三种基本组成部分的叠加行为。因此，每个动力学反应的价值可以通过分析生物质成分来衡量。固体的热解反应已经被深入的研究和广泛的应用。在热解反应的相关课题中，

4、动力学的研究始终是最热门的。研究中动力学参数的获得不仅要根据大气质量，样品质量，样品形状，流量，升温速率等，而且与分析数据的数学模型相关。动力学参数的推导包括活化能和化学反应数据的预期指数，已经出现在一些科学文献当中。用于分析热解动力学的各种数学模型已被发现和发展。一般来说，动力学参数的确定有三种方法，分别是微分，积分和最大反应速率，分别由弗里德曼（1964），和雷德芬（1964），基辛格创建。由于计算的精确性，微分法对实验噪音非常敏感，但它需要没有甚至很好的误差，所以它需要积分的辅助。因为在积分法中，对指数函数的积分有一定的困难，近似值常被应用而互相对比来

5、得出最少误差的近似值。第三种方法用最大反应速率下的数据来确定精确的动力学参数。在这篇文章中，用连续的方法快速并精准地确定生物质热解的动力学参数。七种生物质原料和相关材料的热重分析数据用于模拟化学动力和验证方法的准确性。用这种创新的方法，希望能够提高对生物质热解的理解和生物热解动力学适应性的研究。方法生物质原料这个研究着重关注七种生物质原料的热解反应，如，稻草，稻壳，玉米叶，咖啡豆壳，竹叶，甘蔗渣和甘蔗皮。所有的生物质原料是农业和林业剩余物都在台湾收集。在热重分析之前，所有的生物质原料都需要经过风干，粉碎，过筛并打成粉状。木聚糖和滤纸可视为半纤维素和纤维素的代

6、表。因此，为了对比不同生物质原料和原材料之间的半纤维素热解，对木聚糖，碱木质素，滤纸进行热解研究。TGA实验热重分析和测量是通过同步热分析仪来完成。每次实验大约取10毫克的样品（40目筛）放在陶瓷坩埚，然后在TGA仪器中以升温速率在5-C°C/分钟左右持续加热到900°。在所有的实验中，载气恒定的流量为100毫升/分钟的氦气，用以维持惰性气氛和清除生物质热解中的挥发物。理论n阶反应动力学测定在许多有关固体热分解的应用中，都采用以下的反应速率方程。dαdx=kfα在这里α是固体样品的转换分数（α﹦（m0-m）÷（m0-mf）,其中m0,mf,m分别是初始，最终

7、，随时间变化的样品分数，t是反应发生的时间，k是反应速率常数，fα是样品转换函数。反应速率常数能够通过阿列纽斯方程实验得到：k=Aexp（-Ea∕RT）,A是前指数因子，Ea是活化能，R是理想气体常数，T指温度。此外，通常假设固体热分解动力学服从n阶动力学转换函数表示为，f（α）=（1-α）n,这里的n代表反应的顺序，（1-α）这项代表未反应的比例。因此，公式1可以扩展为：dadt=k（1-α）n=Aexp（-EaRT）（1-α）n在此处键入公式。经整理后，公式2可以表示为:0αdα（1-α）n=1n-111-αn-1-1=AB0Texp（-EaRT）dT这

8、里B代表加热速率，m的下标表示最大反应速率下的实验结