基于ReaxFF MD模拟的生物质三组分共热解气相产物析出特性研究

作     者：徐思佳 胡雨燕 胡维杰 张鹏飞 XU Sijia;HU Yuyan;HU Weijie;ZHANG Pengfei

作者机构：同济大学机械与能源工程学院上海200092 上海多源固废协同处理和能源化工程技术研究中心上海200092 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092 

出 版 物：《煤炭转化》 (Coal Conversion)

年 卷 期：2024年第47卷第3期

页      面：13-26页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：上海市科技计划国际合作项目(22230730300) 

主　　题：ReaxFF 生物质 共热解 协同效应 动力学 

摘      要：生物质能的有效利用是实现“双碳战略目标的重要途径。近年来,生物热解技术是研究热点之一,从分子尺度上理解热解过程和产物析出特性具有重要意义。基于反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟结合热重(TG)分析和微型热解实验,研究了生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的共热解行为和气相产物析出特性。结果表明:ReaxFF MD模拟得到的三组分单独热解及共热解过程的热失重特性与TG实验结果基本吻合;基于一级反应动力学模型,共热解的活化能实际值比线性叠加的理论值降低约14.67%,表明共热解对化学键的断裂具有正向协同效应;在三组分共热解过程中,低温下析出气体主要为水蒸气(H_(2)O)、二氧化碳(CO_(2))、甲酸乙酯(C_(3)H_(6)O_(2))和呋喃(C_(4)H_(4)O),来自纤维素和半纤维素的热解,而在高温下,主要析出气体变为甲烷(CH_(4))、一氧化碳(CO)和氢气(H_(2)),源自木质素热解;纤维素和半纤维素单独热解时,无机气体按产率由大到小排序为:H_(2)O,CO_(2),CO,H_(2),对于木质素热解,无机气体按产率排序则变为:H_(2)O,CO,CO_(2),H_(2),三组分共热解时无机气体产率排序与纤维素和半纤维素热解时无机气体产率排序一致;纤维素和半纤维素可分别促进木质素热解产生CH_(4),三组分共热解则促进乙酸(C_(2)H_(4)O_(2))裂解和甲醛(CH_(2)O)生成。