基于升温速率的生物质三组分热解特性研究及动力学比较

作者：梅艳阳; 刘孔荣; 李文琪; 柴鸿川

来源：安全与环境学报, 2023, 23(10): 3723-3732.

DOI：10.13637/j.issn.1009-6094.2022.1278

• 环境科学技术基础学科
• 生物质
• 热解
• 升温速率
• 动力学

为了研究升温速率对生物质三组分的热解特性影响，利用同步热分析-质谱联用仪(Thermogravimetry/Differential Scanning Calorimetry-Mass Spectrum, TG/DSC-MS)对不同升温速率(μ=1℃/min、5℃/min、10℃/min、20℃/min)下的热解试验进行分析，并采用Coats-Redfern法、Doyle法和分布活化能模型(Distribution of Activation Energy Model, DAEM)法对热解动力学参数进行计算与比较。结果显示：1)随升温速率增大，三组分生物炭产率减小，热解气和热解油产率增大。2)随升温速率增大，气体产物最大析出速率增大。其中，当升温速率为1℃/min时，气体产物析出速率变化不大。3)随升温速率增大，三组分热解失重率变化不大。4)随升温速率增大，DTG(Derivative Thermogravimetry)曲线最大失重峰右移，最大热解失重速率减小。5)随升温速率增大，纤维素DSC曲线最大吸热峰右移，峰值增大，吸热峰面积增大。此外，半纤维素和木质素最大放热峰右移，峰值增大，放热峰面积增大。利用不同的动力学方法计算得到的动力学参数结果不同。其中，Coats-Redfern法计算得到的纤维素活化能最大，为194.84 kJ/mol; Doyle法和DAEM法得到的活化能分别为177.32 kJ/mol和160.71 kJ/mol。半纤维素和木质素动力学参数计算结果与纤维素相反，Coats-Redfern法计算的活化能最大值分别为42.61 kJ/mol和22.11 kJ/mol; Doyle法计算得到的活化能分别为164.05 kJ/mol和129.05 kJ/mol; DAEM法计算得到的活化能分别为147.30 kJ/mol和117.36 kJ/mol。通过Doyle法和DAEM法可得到三组分在热解过程中活化能与转化率的变化关系，且2者变化趋势基本相同。

• 出版日期2023
• 单位河南理工大学