2018年第11期（总第158期）新能源建设
经源与节社 ENERGYAND ENERGYCONSERVATION
生物质热解实验及其动力学研究
解海卫，张晶，张艳，邓尚(天津商业大学机械工程学院，天津300134)
2018年11月
摘要：合理利用生物质能具有良好的环保效益、经济效益及社会效益。结合梧桐叶、芦第杆、竹子的物质组分分析、元素分析及工业分析，对生物质的热解特性进行研究，建立不同温度条件下的生物质热解反应动力学模型，针对不同的机理函数进行数据拟合。结果表明，生物质热解过程分为失水、预热解、挥发分析出及碳化四个阶投；得到了梧桐叶、
芦第杆、竹子在不同升温速率下的最适机理函数；芦第杆活化能最大，梧桐叶的活化能最小。关键词：生物质；热解；升温速率；热重分析；动力学；活化能
中图分类号：TK6
文献标识码：A
文章编号：2095-0802-(2018)11-0058-03
Study on Biomass Pyrolysis Experient and Kinetics XIE Haiwei, ZHANG Jing,ZHANG Yan, DENG Shangxun
(School of Mechanical Engineering, Tianjin University of Commerance, Tianjin 300134, China)
Abstract: The reasonable utilization of biomass energy has good environmental benefits, economic benefits and social benefits. Combined with the material component analysis, element analysis and industrial analysis of phoenix tree leaf, reed rod and bamboo, this paper studied on the pyrolysis characteristics of biomass, established the kinetic model of biomass pyrolysis under different temperature conditions and fitted the data to different mechanism functions, The results show that the process of biomass pyrolysis is divided into four stages: water loss, preheat solution, volatilization analysis and carbonization, and the optimum mechanism function of phoenix tree leaf, reed rod and bamboo at different heating rates is obtained. The activation energy of reed rod is maximum and the activation energy of phoenix tree leaf is minimum.
Key words: biomass; pyrolysis; heating rate; thermogravimetric analysis; kinetics; activation energy
0引言
随着人们对石化产品的需求大幅上升，化石燃料日益枯竭，能源危机日趋严重，而化石燃料燃烧所引起的温室效应及环境污染等问题也越来越为人们所关注，因此寻求可替代的清洁无污染的可再生能源成为垂待解决的问题。目前，生物质能的利用技术主要包括：直接燃烧技术、物理转化技术、热化学转化技术和生物转换技术-3。其中，热化学转化技术所包含的生物质热解技术是生物质能转化的最有效方式之国内外学者4-对橡木、松木、杉木和棉杆等生物质进行了实验研究，对其热解现象热解特性及动力学因素进行了研究分析。本文选取梧桐叶、芦革杆及竹子为研究对象，利用热重分析仪对三种生物质进行热解试验，得到各生物质热解反应的TG（热重曲线）和DTG（微商热重微分曲线）曲线，并对各生物质的热解动力学方程进行研究，计算出相应的活化能E及指前因子A。
实验仪器及材料
本实验选择北京恒久科学仪器厂HCT微机差热天平进行生物质热失重特性研究，其DSC（差示扫描）测量范围为±1mW~±100mW，DSC精度为±10μW，
收稿日期：2018-08-20
基金项目：天津市高等学校科技发展基金计划(20120429)
第一作者简介：解海卫，1976年生，男，河北唐山人，2008年毕业
于天津大学热能工程专业，博士，制教投。·58·
埚材料为Al,O。实验系统自动采样，由计算机绘出失重曲线和微分曲线。采用上海良平仪器仪表有限公司生产的FA2004电子天平称取样品质量，其测量灵敏度为0.0001g，量程为0g~200g。
以梧桐叶、芦苇杆和竹子为试验对象，将试验样品用微型植物粉碎机进行粉碎。试验样品的性质参数如表1和表2所示。
表1
生物质试样梧桐叶
水分 2.89
芦茅杆
6.78
竹子
8.4
生物质试样梧桐叶芦第杆竹子
2
生物质元素分析与工业分析结果
工业分析挥发分灰分
定碳
76.58 67.2 76.8
9.663 10.75 1.2
表2
12.851 15.45
c 54.55 45.41
15.6
48.30
生物质组分组成
纤维素 33.5 48.6 47
试验结果与分析
元素分析
H 3.78 6 6.05
半纤维素 18.2 21.6 23.6
0
单位：% N 2.19
39.26
1.06
10:06
0 46.26
单位：%
木质素 10.2 20.8 24.7
升温速率为30℃/min的3种生物质DTG曲线对
比见图1，升温速率为30℃/min的3种生物质TG曲线对比见图2。
由图1、图2热解特性DTG曲线和TG曲线可看出，梧桐叶、芦苇杆、竹子的热解过程存在相似性，其