棕櫚殼氣化的熱重分析及動力學研究.pdf

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1、54天然氣化工一C1化學與化工2017年第42卷棕櫚殼氣化的熱重分析及動力學研究張臘1，張彬2，董光華3，王文舉2’1+(1．晉中職業(yè)技術學院，山西榆次030600；2．南京理工大學能源與動力工程學院，江蘇南京210094；3．山西能源學院，山西榆次030600)摘要：利用熱重分析儀對棕櫚殼氣化過程特性進行了實驗研究。結果表明，在不同升溫速率下，棕櫚殼的氣化可分為棕櫚殼內(nèi)水分析出、棕櫚殼內(nèi)有機物分解、棕櫚殼的炭化和棕櫚殼焦氣化4個階段。棕櫚殼氣化過程的主要失重發(fā)生在有機物分解和棕櫚殼焦氣化兩個階段。采用nynn·Wall—Ozawa法計算反應過程的活化能，發(fā)現(xiàn)

2、棕櫚殼氣化過程中活化能單調(diào)增加。通過實驗數(shù)據(jù)與標準機理模型的對比，推斷棕櫚殼氣化過程最概然機理為三維模型。關鍵詞：生物質(zhì)；氣化；熱重分析；動力學；活化能；機理函數(shù)中圖分類號：TK6；TQ013．2；TQ352．9文獻標識碼：A近年來，能源和環(huán)境雙重問題已逐漸成為全球關注的焦點，伴隨著我國能源消耗總量的迅速增長，化石燃料的大量使用造成了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，煤、石油、天然氣作為現(xiàn)階段的主要能源，同時也是寶貴的有機化工的原料，資源量日益減少，我國普遍用作燃料的方式造成了很大的浪費。開發(fā)潔凈的可再生能源成為經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。生物質(zhì)能是一種可再生的清

3、潔能源。我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有相當豐富的生物質(zhì)能資源，推動生物質(zhì)能的發(fā)展和利用，對保障國家能源安全、改善生態(tài)環(huán)境都具有十分重要的戰(zhàn)略意義【”。對生物質(zhì)能開發(fā)利用的研究是我國可持續(xù)發(fā)展技術的重要內(nèi)容之一，被列入我國21世紀發(fā)展議程。作為生物質(zhì)熱化學轉化技術中最重要的一種形式，生物質(zhì)氣化技術被視為一種高效潔凈的生物質(zhì)能使用方法，該技術在提高生物質(zhì)能的利用率，以及減少環(huán)境污染方面都有積極的作用。生物質(zhì)氣化后其資源利用的效率得到提高，而且氣化后產(chǎn)物的用途更加廣泛[2】。因此，生物質(zhì)氣化過程反應機理的研究以及動力學參數(shù)的求解，對生物質(zhì)能的高效轉化和清潔利用，具有重要的指導

4、作用。收稿日期：2016—06．24；基金項目：國家自然科學基金(21676148，21206074，11472135)，中國博士后科學基金(2014M561649)；作者簡介：張臘(1982．)，女，碩士，講師；‘通訊作者：王文舉(1982一)，男，教授，E—mail：wangwenju@njust．edu．cn。文章編號：1001-9219(201‘7)02-54拼棕櫚樹屬常綠喬木，是中國土生土長、較為普遍的一種植物，在長江以南地區(qū)廣泛種植。棕櫚作為最耐寒的棕櫚科植物之一，具有很高的觀賞價值和經(jīng)濟價值圈。從棕櫚樹的棕果中榨取的棕櫚油，可以作為生物燃料加以利

5、用，已有相當廣泛的研究陽。棕櫚殼是棕櫚油生產(chǎn)過程中得到的副產(chǎn)品，其資源相當豐富，并且具有較高的熱值。尋找恰當?shù)睦猛緩?，對能源的充分開發(fā)和棕櫚殼廢棄物的處理具有重要意義。國內(nèi)外學者分別在固定床、流化床等反應系統(tǒng)上對棕櫚殼的熱解特性及熱解產(chǎn)物進行了相關研究嗍，而對其氣化反應特性及相關動力學的研究工作還沒有開展。因此，這方面工作的進行將為棕櫚殼工業(yè)化應用以及后續(xù)研究工作提供參考和依據(jù)。本文采用熱重分析儀，研究不同升溫速率下棕櫚殼的熱失重特性，求解氣化反應過程的動力學參數(shù)，由擬合后的數(shù)據(jù)推斷棕櫚殼氣化過程的動力學模型，得到氣化反應的機理函數(shù)。1實驗部分1．1實驗原料

6、棕櫚殼樣品取自印度尼西亞北蘇門答臘省。用流水式粉碎機對樣品進行破碎，然后用瑪瑙研缽研磨，采用標準檢驗篩機選取粒徑在80一100目之間的樣品顆粒，置于鼓風干燥箱內(nèi)60℃干燥4h，得到實驗所用的樣品。對樣品的工業(yè)分析結果如表1所示。第2期張臘等：棕櫚殼氣化的熱重分析及動力學研究55表1棕桐殼工業(yè)分析和熱值Table1Pr0姐呦tea叫ysesandhiglIheatingval眥ofonpalmsheU1．2實驗方法采用非等溫法研究棕櫚殼的氣化過程，所用到的儀器為瑞士METTLERTOLEDO公司的TG刖SDTA851e型熱重分析儀。實驗過程中采用程序升溫，技術指

7、標為：溫度范圍從室溫至目標溫度1100cC，采用5℃，min、10cC，min、15cC／IIlin、20cC／min和25℃／IIlin這5個不同的升溫速率，氣化氣氛為高純C02@≥99．999％)，氣體流量設定為50mL／min。1．3動力學研究方法棕櫚殼在C0：氣氛下的熱解氣化過程是復雜的氣固反應，本文假設其符合簡單動力學方程，相應的反應動力學方程表達式為：d卅d仁可(口)(1)式中：a．轉化率；￡一反應時間，s；矗．反應速率常數(shù)，s～；．觸)．反應機理函數(shù)微分式。棕櫚殼氣化反應過程的轉化率定義為：口=蘭導(2)腳O一他、7式中：，珩初始時刻樣品的質(zhì)量；

8、m。．反應完成后樣品的最終質(zhì)量；m。-