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1、第31卷第4期燃 料 化 学 学 报Vol131No142003年8 月JOURNALOFFUELCHEMISTRYANDTECHNOLOGYAug12003文章编号:025322409(2003)0420311206生物质秸秆热重分析及几种动力学模型结果比较宋春财,胡浩权,朱盛维,朱英华(大连理工大学煤化工研究所,辽宁大连 116012)摘 要:利用热重分析在不同升温速率和氮气气氛下对两种生物质(玉米秸秆和稻秆)的热失重行为进行了研究。根据热重实验数据,采用四种利用热分析获取动力学参数的方法(Coats2Redfern法,
2、Doyle法,最大速率法和分布活化能模型(DAEM)),计算生物质秸秆热分解反应活化能E、反应级数n及频率因子A,并进行比较。结果表明,采用不同的处理方法,得出的热分解动力学参数不同。利用Coats2Redfern法,玉米秸秆和稻秆在热解主要阶段(失重约5w%～80w%时)可由一段一级反应过程描述,升温速率10K/min时活化能值分别为6818kJ/mol和7010kJ/mol。Doyle法和DAEM模型得到的结果较为接近,可以得到生物质热解过程中的活化能随失重率的变化曲线。生物质秸秆热解包含分子键能断裂的一系列复杂、连续反
3、应过程。关键词:生物质;玉米秸秆;稻秆;热重分析;动力学中图分类号:TK6文献标识码:A 生物质作为可再生资源,是潜在的能源和化工 热重分析(TG)是研究物质受热分解过程的重原料。据统计,全世界每年农村生物质的产量为要工具,具有简单、方便、快速、准确的特点。通过对300亿吨,生物质能在世界能源消耗中仅次于石油、热失重曲线分析,可以了解该物质随温度的变化过煤炭及天然气等化石能源,居第四,约占14%。但程,进而评定其热特性;热重分析法也是研究物质分生物质资源的利用远未达到大规模商业化水平,全解动力学的重要手段。将得到的热失重
4、曲线进行处球生物质作为能源利用量尚不足其总能的4%,利理,利用数学推导,可估算分解反应活化能,判断分[1]用潜力非常大。我国生物质资源十分丰富,仅农解反应机理及影响因素,为优化反应操作及反应器作物秸秆的年产量便有7亿吨以上,折合标准煤约设计提供理论依据。本文对两种生物质秸秆进行热315亿吨。但目前我国生物质的使用方式很不合重分析,并利用不同方法进行动力学分析,求取热分理,大多数秸秆直接燃烧,热效率只有6%～10%,解过程的反应活化能及其分布。造成这一资源的浪费和环境污染。如何有效开发利1 实验部分用这一资源,成为国内外众多学
5、者研究的热点课题111 原料 实验用生物质玉米秸秆和稻秆,产于辽[2～6]之一。宁省大连市近郊,其基本性质见表1和表2。表1 生物质秸秆的化学组成分析Table1ChemicalcompositionofbiomasssamplesComponentsanalysiswdaf/%SampleAshwd/%CelluloseHemi2celluloseLigninExtractableCornstraw714422182431011515918158Ricestraw1119929178371611511017151表2 生物
6、质秸秆的元素分析Table2UltimateanalysisofbiomasssamplesUltimateanalysiswdaf/%SampleCHONSClH/CO/CCornstraw4318351754910001970113013211570184Ricestraw4213761924818401810119018711960186收稿日期:2002207209;修回日期:2003202217基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(2000014115)联系作者:胡浩权(19612),男,教授,博士生导师。Te
7、l:04112363133323250;E2mail:hhu@chem1dlut1edu1cn作者简介:宋春财(19742),男,辽宁桓仁人,博士生,化学工艺专业。E2mail:songchuncai@sina1com312燃 料 化 学 学 报31卷112 仪器及实验条件 热重分析实验在瑞士 图3是玉米秸秆和稻秆在同一升温速率eMettler2Toledo公司的TGA/SDTA851型热重分析仪20K/min下的热失重及热失重速率曲线。从图3可上进行。每次实验取约14mg样品置于陶瓷筐中,以看出两种秸秆的热解都主要集中在
8、500K～700K,在20mL/min高纯氮气流中分别以5K/min,10K/稻秆的最大热分解速率时的温度比玉米秸秆的低,min,20K/min,40K/min加热速率由298K升温至873且在620K以前二者失重率相差不多,但在此温度K。以后稻秆裂解越来越困难,而玉米秸秆相对容易进行。玉
