4种农林生物质热解特性及动力学研究

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1、4种农林生物质热解特性及动力学研究樊永胜，蔡忆昔，李小华，赵卫东，俞宁，尹海云(江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013)摘要：为优化生物质热解工艺，研究了4种农林生物质的热解特性及其动力学参数的分布规律。利用热重分析仪对4种生物质的热解失重行为进行了试验研究，采用热解特性指数P对生物质的热解特性进行了综合评价，使用Coats-Redfern方法对生物质的热解过程进行了动力学分析。研究结果表明，生物质的热解反应可分为干燥预热、快速失重和缓慢失重3个阶段；各生物质在主热解区低温段所需热解活化能要高于高温段；活化能和频率因子均随升温速率增大而增大；采用n=2级动力学模型能较好的表

2、述整个主热解区的反应过程；采用15K/min的升温速率和500℃的热解终温可提高热解反应速率，降低能耗。关键词：生物质；热重分析；热解特性；动力学；能耗中图分类号：TK6文献标识码：APyrolysischaracteristicsandkineticsoffourkindsofagroforestrybiomassbasedonthermo-gravimetricanalysis(TGA)FanYongsheng，CaiYixi，LiXiaohua，ZhaoWeidong，YuNing，YinHaiyun(SchoolofAutomotiveandTrafficEngineering

3、,JiangsuUniversity,ZhenjiangJiangsu,China212013)Abstract:Inordertooptimizethepyrolysisprocess,thepyrolysischaracteristicsandkineticsoffourkindsofagriculturalandforestrybiomasswerestudied.Thethermo-gravimetricexperimentwascarriedoutonathermo-gravimetricanalyzer.ThepyrolysischaracteristicsindexPwas

4、adoptedtoconductacomprehensiveevaluationofbiomasspyrolysischaracteristics.ThemethodofCoats-Redfernwasusedtoanalyzekineticsofbiomasspyrolysis.Theresultsshowedthatthethermaldecompositionprocessofbiomasscanbedividedintothreestages,i.e.,dryingandpreheating,fastPyrolysis,andslowdecompositionofresidue.

5、Theactivationenergyofthermaldecompositionreactionofbiomassinthelowtemperaturestagewashigherthanthatinthehightemperaturestage.Thevaluesoftheactivationenergyandpre-exponentialfactorincreasedwiththerisingheatingrate.Thethermaldecompositionofbiomassinthemainpyrolysiszonecanbeeffectivelydescribedbythe

6、kineticmodeln=2.Employingtheheatingrateof15K/minandthetemperatureof500℃canimprovethereactionrateandcontributestoreducingtheenergyconsumption.Keywords:biomass;thermo-gravimetricanalysis(TGA);pyrolysischaracteristics;kinetics;energyconsumption0引言生物质能源是一种可再生的清洁能源，具有分布广泛、储量丰富等优点，但是从自然界直接获得的生物质能量密度低，直

7、接利用存在燃烧效率低、碱金属含量高、对装置腐蚀性强等缺点，需要转化后加以利用。生物质能源转化方法主要有两种，一种是生物转化法，另一种是热化学转化法。热化学转化法因具备工艺流程短、转化效率高等优点而日益受到重视[1-2]。生物质的热化学转化法又包括热解、超临界液体萃取及直接液化等，其中，热解是最基金项目：国家自然科学基金资助项目(51276085)；江苏省自然科学基金项目(BK2011488)；江苏省优势学科[苏改发(2011)6号