如何在平行反應(yīng)方案中確定一致的生物質(zhì)熱解動(dòng)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(chǎng)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(chǔ)存、易運(yùn)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?xì)馔钙降仍O(shè)備的燃燒，而且可通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)加工使液體燃料的品質(zhì)接近于柴油或汽油等常規(guī)動(dòng)力燃料的品質(zhì)，此外還可以從中提取具有商業(yè)價(jià)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(jì)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(dòng)力學(xué)的方法，該方法基于比較基*和KAS方法的等轉(zhuǎn)化方法，并在平行反應(yīng)方案中以小二乘擬合法擬合，其中三個(gè)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(jìn)行了重新評(píng)估，使用的儀器有Linseis L81 1000熱平衡儀器。文獻(xiàn)報(bào)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(dòng)力學(xué)，這種變化可能會(huì)減少：首先，復(fù)制純纖維素的參考實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證熱重分析。然后，用不同的加熱速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，并采用等轉(zhuǎn)換方法來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(xiàn)報(bào)道的生物質(zhì)假組分的活化能。 通過(guò)在幾個(gè)加熱速率（11除外）下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(xiàng)研究中報(bào)告多個(gè)值時(shí)，只顯示平均值。
圖2：KAS方法轉(zhuǎn)化率從0.1到0.9和實(shí)驗(yàn)組的阿列紐斯曲線(xiàn)：（A）山毛櫸-A，（B）山毛櫸-V，（C）山毛櫸-K和（D）松樹(shù)- 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(shí)驗(yàn)的DTG曲線(xiàn)。 對(duì)于每種情況，實(shí)驗(yàn)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(hào)（o）中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用3個(gè)假組分以實(shí)線(xiàn)表示，每個(gè)假組分用虛線(xiàn)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(shí)驗(yàn)的DTG曲線(xiàn)。 對(duì)于每種情況，實(shí)驗(yàn)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(hào)（o）中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用3個(gè)假組分以實(shí)線(xiàn)表示，每個(gè)假組分用虛線(xiàn)表示。
圖5：裝配有一階反應(yīng)模型的松木-A實(shí)驗(yàn)的DTG曲線(xiàn)。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(hào)（o）中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用3個(gè)假組分以實(shí)線(xiàn)表示，每個(gè)假組分用虛線(xiàn)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(yùn)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、小二乘法擬合并行反應(yīng)方案和等轉(zhuǎn)化方法如基*和KAS方法對(duì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了比較。指出了等轉(zhuǎn)化方法減少變異、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(jí)反應(yīng)模型可以產(chǎn)生更確切的結(jié)果，特別是對(duì)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(shí)，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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