棕榈壳气化的热重分析及动力学研究.pdf

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1、54天然气化工一C1化学与化工2017年第42卷棕榈壳气化的热重分析及动力学研究张腊1，张彬2，董光华3，王文举2’1+(1．晋中职业技术学院，山西榆次030600；2．南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京210094；3．山西能源学院，山西榆次030600)摘要：利用热重分析仪对棕榈壳气化过程特性进行了实验研究。结果表明，在不同升温速率下，棕榈壳的气化可分为棕榈壳内水分析出、棕榈壳内有机物分解、棕榈壳的炭化和棕榈壳焦气化4个阶段。棕榈壳气化过程的主要失重发生在有机物分解和棕榈壳焦气化两个阶段。采用nynn·Wall—Ozawa法计算反应过程的活化能，发现

2、棕榈壳气化过程中活化能单调增加。通过实验数据与标准机理模型的对比，推断棕榈壳气化过程最概然机理为三维模型。关键词：生物质；气化；热重分析；动力学；活化能；机理函数中图分类号：TK6；TQ013．2；TQ352．9文献标识码：A近年来，能源和环境双重问题已逐渐成为全球关注的焦点，伴随着我国能源消耗总量的迅速增长，化石燃料的大量使用造成了严重的环境污染和生态破坏，煤、石油、天然气作为现阶段的主要能源，同时也是宝贵的有机化工的原料，资源量日益减少，我国普遍用作燃料的方式造成了很大的浪费。开发洁净的可再生能源成为经济和社会可持续发展的迫切需要。生物质能是一种可再生的清

3、洁能源。我国是农业大国，拥有相当丰富的生物质能资源，推动生物质能的发展和利用，对保障国家能源安全、改善生态环境都具有十分重要的战略意义【”。对生物质能开发利用的研究是我国可持续发展技术的重要内容之一，被列入我国21世纪发展议程。作为生物质热化学转化技术中最重要的一种形式，生物质气化技术被视为一种高效洁净的生物质能使用方法，该技术在提高生物质能的利用率，以及减少环境污染方面都有积极的作用。生物质气化后其资源利用的效率得到提高，而且气化后产物的用途更加广泛[2】。因此，生物质气化过程反应机理的研究以及动力学参数的求解，对生物质能的高效转化和清洁利用，具有重要的指导

4、作用。收稿日期：2016—06．24；基金项目：国家自然科学基金(21676148，21206074，11472135)，中国博士后科学基金(2014M561649)；作者简介：张腊(1982．)，女，硕士，讲师；‘通讯作者：王文举(1982一)，男，教授，E—mail：wangwenju@njust．edu．cn。文章编号：1001-9219(201‘7)02-54拼棕榈树属常绿乔木，是中国土生土长、较为普遍的一种植物，在长江以南地区广泛种植。棕榈作为最耐寒的棕榈科植物之一，具有很高的观赏价值和经济价值圈。从棕榈树的棕果中榨取的棕榈油，可以作为生物燃料加以利

5、用，已有相当广泛的研究阳。棕榈壳是棕榈油生产过程中得到的副产品，其资源相当丰富，并且具有较高的热值。寻找恰当的利用途径，对能源的充分开发和棕榈壳废弃物的处理具有重要意义。国内外学者分别在固定床、流化床等反应系统上对棕榈壳的热解特性及热解产物进行了相关研究嗍，而对其气化反应特性及相关动力学的研究工作还没有开展。因此，这方面工作的进行将为棕榈壳工业化应用以及后续研究工作提供参考和依据。本文采用热重分析仪，研究不同升温速率下棕榈壳的热失重特性，求解气化反应过程的动力学参数，由拟合后的数据推断棕榈壳气化过程的动力学模型，得到气化反应的机理函数。1实验部分1．1实验原料

6、棕榈壳样品取自印度尼西亚北苏门答腊省。用流水式粉碎机对样品进行破碎，然后用玛瑙研钵研磨，采用标准检验筛机选取粒径在80一100目之间的样品颗粒，置于鼓风干燥箱内60℃干燥4h，得到实验所用的样品。对样品的工业分析结果如表1所示。第2期张腊等：棕榈壳气化的热重分析及动力学研究55表1棕桐壳工业分析和热值Table1Pr0姐呦tea叫ysesandhiglIheatingval眦ofonpalmsheU1．2实验方法采用非等温法研究棕榈壳的气化过程，所用到的仪器为瑞士METTLERTOLEDO公司的TG刖SDTA851e型热重分析仪。实验过程中采用程序升温，技术指

7、标为：温度范围从室温至目标温度1100cC，采用5℃，min、10cC，min、15cC／IIlin、20cC／min和25℃／IIlin这5个不同的升温速率，气化气氛为高纯C02@≥99．999％)，气体流量设定为50mL／min。1．3动力学研究方法棕榈壳在C0：气氛下的热解气化过程是复杂的气固反应，本文假设其符合简单动力学方程，相应的反应动力学方程表达式为：d卅d仁可(口)(1)式中：a．转化率；￡一反应时间，s；矗．反应速率常数，s～；．触)．反应机理函数微分式。棕榈壳气化反应过程的转化率定义为：口=兰导(2)脚O一他、7式中：，珩初始时刻样品的质量；

8、m。．反应完成后样品的最终质量；m。-