资源描述：
《煤热解动力学的单一反应模型和分布活化能模型比较》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第3期热能动力工程Vo.l25,No.32010年5月JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERMay,2010文章编号:1001-2060(2010)03-0301-05煤热解动力学的单一反应模型和分布活化能模型比较123杨景标,张彦文,蔡宁生(1.广东省特种设备检测院,广东广州510655;2.北京神华中机能源环保科技有限公司,北京100011;3.清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室热能工程系,北京100084)摘要:利用程序升温热重技术研究了宝日希勒褐煤和包头解由无限多的平行
2、一级反应组成,其活化能呈一定烟煤热解的失重过程,比较分析了单一反应模型和DAEM的连续分布,称之为分布活化能模型(Distributed对其动力学分析的适应性。单一反应模型仅需一条失重曲ActivationEnergyMode:lDAEM),该模型能很好地预线就可以获得动力学参数,但一般需要对失重曲线进行分段[9~12]测动力学参数。在应用DAEM时,研究者一般处理,且只能得到某一温度范围内活化能的平均值。Miura认为活化能分布为高斯分布函数,并由过渡态理论积分法可以在DAEM的应用中不需事先假设活化能分布的13-1[9~12]指定频率因子为固
3、定值1.6710s。Miura形式和频率因子为定值,由至少3条不同升温速率下的失重曲线直接得到煤热解的活化能分布和频率因子的值。Miura等人由煤的热解实验数据发现活化能分布函数的范积分法的结果表明,宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的活化能围太大而不符合高斯分布,以至于频率因子不是常随着失重率的升高而增大,活化能分布于250~400kJ/mol数,所以Miura等人提出了新的求活化能分布和频的区间。频率因子先随活化能的升高而增大,而当活化能大率因子方法,该方法不需事先规定活化能分布为高于300kJ/mol时,频率因子趋于水平。DAEM能描述非等温斯分
4、布,活化能分布由微分法或积分法直接从实验热解自低温到高温的全过程,对煤种和升温速率变化有宽广数据中得到,更精确地预测了煤热解的实验数的适应性。[13~15]据。本研究主要通过单一反应模型和DAEM关键词:煤热解;动力学;分布活化能模型(DAEM)模型对煤热解动力学进行分析,考察两种热解模型中图分类号:TK16文献标识码:A的适应性。引言1实验系统热解是煤炭气化和燃烧等转化过程中的重要过1.1煤样程,对其后煤焦的反应活性和转化产生重要影本研究使用宝日希勒褐煤(BL)和包头烟煤[1~5]响。考察煤热解动力学的热重法包括恒温法和(BT)作
5、为原煤样,原煤的煤质分析如表1所示。程序升温法,程序升温法由于只需一条或数条失重表1煤的工业分析和元素分析(%(wt))曲线就可以得到整个温度范围内的动力学参数分布[6~7]工业分析元素分析而得到广泛应用。为了获得煤热解的动力学参煤样数,发展了各种煤的热解模型,不涉及挥发份的具体MadAadVadFCadCadHadNadSadOad成分的热解模型主要包括单一反应模型、双竞争反BL3.8910.8937.3147.9163.094.170.960.3316.67应模型或有限多平行反应模型和无限多平行反应模BT1.3110.6232.8555.2
6、270.134.641.500.4411.36[8]型。单一反应模型认为煤的热解过程可以近似为一级或n级反应,单一反应模型一般只能得到某1.2试验方法和条件[7,9]热重试验在德国NETZSCH公司生产的STA409一温度范围内活化能的平均值。双竞争反应模[8]C/3/F型分析仪中进行[12]。将一定重量(约25型有6个待定参数,其应用受到很大限制。有限多平行反应模型把煤的热解看成一种或几种化合物mg)的煤样在热重分析仪中从323K程序升温至[9]的热分解,平行反应个数的确定具有经验性。煤1173K,以10、20和30K/min3个升温速率进行
7、热是一复杂的高分子化合物,从而研究者们认为煤热解试验。载气为高纯N2,流量为100mL/min。收稿日期:2009-06-25;修订日期:2009-07-27作者简介:杨景标(1978-),男,广东电白人,广东省特种设备检测院高级工程师.∀302∀热能动力工程2010年初始质量为m0的煤样在程序升温下发生分解反应,在某一瞬间t,质量变为m,其分解速率可表示[16]为:dx/dt=kf(x)(1)m0-m式中:x失重率,x=100%;m!热解结m0-m!束时的质量;kArrhenius速率常数,可表示为k=k0exp(E/RT);k0频率因子
8、;E反应活化能;R气体常数;T绝对温度。f(x)的函数形式取决于反应类型或反应机制,n一般取f(x)=(1-x)。将升温速率h=dT/d
