如何在平行反應(yīng)方案中確定一致的生物質(zhì)熱解動力學(xué)

引言

    生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是世界上生物質(zhì)能研究的前沿技術(shù)之一。該技術(shù)能以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將以木屑等廢棄物為主的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的易儲存、易運輸、能量密度高且使用方便的代用液體燃料（生物油），其不僅可以直接用于現(xiàn)有鍋爐和燃氣透平等設(shè)備的燃燒，而且可通過進一步改進加工使液體燃料的品質(zhì)接近于柴油或汽油等常規(guī)動力燃料的品質(zhì)，此外還可以從中提取具有商業(yè)價值的化工產(chǎn)品。相比于常規(guī)的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分極其微小，可視為21世紀的綠色燃料。
 

成果介紹

    A Anca-Couce等人討論了一種用于確定生物質(zhì)熱解動力學(xué)的方法，該方法基于比較基辛格和KAS方法的等轉(zhuǎn)化方法，并在平行反應(yīng)方案中以最小二乘擬合法擬合，其中三個假組分粗略地表示纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。已經(jīng)發(fā)表了松木的研究成果，在這里進行了重新評估，使用的儀器有Linseis L81 1000熱平衡儀器。文獻報道的不同假組分的活化能差異很大。 如果小心確定生物質(zhì)熱解的動力學(xué)，這種變化可能會減少：首先，復(fù)制純纖維素的參考實驗以驗證熱重分析。然后，用不同的加熱速率進行實驗和分析，并采用等轉(zhuǎn)換方法來驗證實驗的可靠性，并避免在擬合程序中選擇恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)模型。

圖文導(dǎo)讀

圖1：文獻報道的生物質(zhì)假組分的活化能。 通過在幾個加熱速率（11除外）下進行實驗獲得的數(shù)據(jù)：1 [15]，2 [16]，3 [30]，4 [31]，5 [14]，6 [32]，7 [33]，8 [25]，9 [34]，10 [18]，11 [11]，12 [13]。 在一項研究中報告多個值時，只顯示平均值。

圖2：KAS方法轉(zhuǎn)化率從0.1到0.9和實驗組的阿列紐斯曲線：（A）山毛櫸-A，（B）山毛櫸-V，（C）山毛櫸-K和（D）松樹- A。

圖3：裝配有n階反應(yīng)模型（A-D）和一階（E-H）的山毛櫸-A實驗的DTG曲線。 對于每種情況，實驗加熱速率為10 K / min（A，E），5 K / min（B，F(xiàn)），3 K / min（C，G）和1 K / min（D，H）。 符號（o）中的實驗數(shù)據(jù)，用3個假組分以實線表示，每個假組分用虛線表示。

圖4：裝配有n階反應(yīng)模型（A-D）和一階（E-H）的山毛櫸-V實驗的DTG曲線。 對于每種情況，實驗加熱速率為108K / min（A，E），41K / min（B，F(xiàn)），3K / min（C，G）和0.5K / min（D，H）。 符號（o）中的實驗數(shù)據(jù)，用3個假組分以實線表示，每個假組分用虛線表示。

圖5：裝配有一階反應(yīng)模型的松木-A實驗的DTG曲線。情況（a）-（A）10K /分鐘，（C）5K /分鐘，（E）2.5K /分鐘，（b）-（B）10K / min，（D）5K / min，（F）2.5K / min。 符號（o）中的實驗數(shù)據(jù)，用3個假組分以實線表示，每個假組分用虛線表示。

結(jié)論

    在描述生物質(zhì)熱解的平行反應(yīng)方案中，不同虛擬組分公布活化能的很大變化可能是由運輸限制或二次反應(yīng)所引起的和/或?qū)?shù)據(jù)的分析所引起的。本研究采用基于模型的方法、最小二乘法擬合并行反應(yīng)方案和等轉(zhuǎn)化方法如基辛格和KAS方法對動力學(xué)進行了比較。指出了等轉(zhuǎn)化方法減少變異、驗證實驗的可靠性和避免選擇不正確的反應(yīng)模型的有效性。結(jié)果表明，考慮所有反應(yīng)的一級反應(yīng)模型可以產(chǎn)生更確切的結(jié)果，特別是對木質(zhì)素?zé)峤饣罨艿牡凸?。?dāng)所有反應(yīng)的n階反應(yīng)模型被考慮時，結(jié)果都改善了，盡管其他反應(yīng)模型可能不被忽略。

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