【摘 要】
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我国拥有丰富的生物质和太阳能资源,利用太阳能热解生物质有利于制备高品质产品,实现二氧化碳负排放。为了揭示太阳能热解生物质过程中焦炭结构演化和传热特性变化之间存在的联系。本文采用聚光光热实验系统模拟太阳能对稻秸、甘蔗渣、松木屑和椰壳开展热解研究,系统分析了焦炭的生成演化和传热特性,最终建立了生物质聚光太阳能热解模型。主要内容及结果如下:搭建聚光光热实验系统,探究了反应终温、升温速率对焦炭生成特性的影
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（52076097）“光热/蓄热热解方式下典型生物质传热/反应机理及反应动力学特性研究”2021.01-2024.12；
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我国拥有丰富的生物质和太阳能资源,利用太阳能热解生物质有利于制备高品质产品,实现二氧化碳负排放。为了揭示太阳能热解生物质过程中焦炭结构演化和传热特性变化之间存在的联系。本文采用聚光光热实验系统模拟太阳能对稻秸、甘蔗渣、松木屑和椰壳开展热解研究,系统分析了焦炭的生成演化和传热特性,最终建立了生物质聚光太阳能热解模型。主要内容及结果如下:搭建聚光光热实验系统,探究了反应终温、升温速率对焦炭生成特性的影响。结果表明:随着反应终温的升高,焦炭的氢含量大幅减少、比表面积和孔体积迅速增加、芳香结构逐渐发展。800℃焦的芳香性强,其氢含量仅为原料的20%左右,均满足H/C≤0.3。升温速率的增大仅会使焦炭碳含量、产率降低,而对其物化结构无明显影响。分析了焦炭的传热特性变化及其与物化结构的关系。焦炭比热容约为500～3000J/（kg·℃）。相同测试温度下,其比热容随制焦温度的升高呈先减小后增大的趋势,拟合建立了比热容与温度的非线性方程。焦炭的导热系数集中在0～0.3 W/（m·K）,大小与温度、密度、碳骨架结构和孔隙结构等显著相关。构建了焦炭导热系数与其结构参数的关联模型,模型误差精度在±10%以内。结合反应及传热特性,构建了生物质聚光光热热解模型,预测热解过程中生物质转化率的变化,模拟与实际相关性高达0.98以上。利用该模型对不同升温速率下稻秸热解失重过程进行研究,发现在300℃/min时83.00%的实验测量值落在模型预测值±5%范围内。此外,该模型对不同种生物质的热解预测也有一定的通用性。
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