秸秆热反应的热分析动力学研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:gerui1988
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我国是农业生产大国,每年的秸秆产量巨大,但现有的农业利用方式对玉米秸秆的利用效率不高,且很难大批量推广应用。秸秆主要有纤维素、半纤维素、木质素构成,对秸秆以及三种组分进行热分析动力学研究对于秸秆生物质的开发利用具有重要意义。本文主要选取了 DAEM模型进行热解动力学拟合分析,应用Matlab软件编程对动力学参数进行拟合求解。热分析动力学参数的拟合求解,首先需要验证程序的稳定性。本文选取了不同的反应模型并给定参数计算得到了模拟数据,将模拟数据带入程序进行拟合验证;针对秸秆的组成,分别进行秸秆生物质以及三组分的热重实验,将实验数据进行了Origin分峰拟合并带入Matlab程序拟合进行了敏感性分析与参数求解。通过程序拟合,得到了模拟数据与真实生物质的动力学参数并进行了热分析动力学反应机理的分析。纤维素热解随反应温度升至500K时转化率增大明显,在600K左右时转化率明显降低且趋于平缓,整个热解反应进程速率较快、较集中;半纤维素热解随反应温度升至590K时转化率明显增大,在650K左右时转化率明显降低且趋于平缓,整个热解反应进程最快、最集中,在60K的温度区间内完成了 80%的失重;秸秆热解在500K时热解速率增加,在600K时达到最大,主要热解区间为500K至650K。对选区的不同模型进行性能分析,我们发现一级反应与二级反应满足DAEM模型、Weibull模型与Origin分峰,选取不同参数得到的目标函数均小于1e-6;对选区的不同模型以及秸秆样品的热重实验数据敏感性分析,我们得到了 A、E、σ、c在局部的敏感性变化,有助于定性和定量研究动力学参数变化对动力学模型输出的影响。通过DAEM模型拟合得到的参数,本文反推出了物理掺混纤维素、半纤维素含量为21.25%、54.33%,与实验掺混比例25.58%、66.55%接近。真实生物质中重要组分的含率,反推得到的纤维素、半纤维素含量为35.66%、14.41%,与实验测定值 34.68%、11.34%接近。
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