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相似文献
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1.
纤维素快速热裂解机理试验研究 Ⅰ. 试验研究   总被引:14,自引:7,他引:7  
在热辐射反应器上对纤维素快速热裂解过程中主要一次产物的生成规律进行了研究。结合焦油的GC-MS分析,发现左旋葡聚糖(LG)作为最重要的液体产物,占据了焦油质量的45w%~85w%。LG的生成主要集中在550 ℃~650 ℃中温辐射源区域,其产量随温度的变化存在一最佳值,约在640 ℃左右得到54.4w%的最高产率。乙醇醛(HAA)作为焦油的第二重要组分,在焦油中达到了6w%~14w%的比例,与之含量接近的还有1-羟基-2-丙酮(Acetol),约为3.5w%~8w%。它们的产率在相当大的范围内随温度的升高而增加,表明高温有利于它们的生成。同时分析表明乙醇醛、1-羟基-2-丙酮是在与LG的竞争过程中作为纤维素热裂解一次产物直接生成的。  相似文献   

2.
纤维素热裂解反应机理及中间产物生成过程模拟研究   总被引:7,自引:3,他引:4  
基于改进的B-S机理模型,通过求解物料内部和气相空间两段反应过程,对纤维素热裂解过程中一些化合物(活性纤维素、左旋葡聚糖(LG)、乙醇醛、丙酮醇等组分)的生成和演变情况进行了模拟。结果发现,自由水的脱除过程使物料前期升温速率发生了下降,并未影响热解期间温度分布以及反应过程。热裂解过程中,由于一次反应的强烈吸热,物料在长时间内局限于中温范围,其内部各组分质量浓度分布的区别主要体现出一次反应竞争能力的强弱。物料厚度的增加使热裂解时间延长,并加剧物料内部的二次分解。左旋葡聚糖和其竞争产物乙醇醛的生成出现一个大量生成、快速逃逸的过程,相比于左旋葡聚糖,乙醇醛质量浓度的积累具有更快的速度,体现出较高温度下的竞争优势。对于小尺寸反应物,挥发分二次反应主要发生在气相空间,随着气相停留时间的增加,其二次分解的程度提高,该效果随辐射源温度的提高而加剧。相比于LG产率随反应时间的快速下降趋势,高温下生物油产率的降低略显缓和,其变化主要是组分分布的改变,即从大分子结构降解为小分子结构。  相似文献   

3.
钾盐催化纤维素快速热裂解机理研究   总被引:14,自引:5,他引:9  
在红外辐射机理试验装置上进行了钾盐催化纤维素快速热裂解机理研究。试验发现,钾盐在抑制生物油生成的同时,促进了炭和气体的生成。结合反应前后金属盐电镜图以及生物油和焦炭中金属离子质量分数的检测,证实钾盐的催化作用主要发生在固相中,以离子形式选择性催化了不同类别的反应,加速了分子断键过程中的裂变和歧化反应。在抑制左旋葡聚糖生成的同时,促进了糖类以外产物的形成,提高了生物油中乙醇醛、乙醛以及小分子的醇类、酮醛类化合物的数量。  相似文献   

4.
纤维素热裂解过程中活性纤维素的生成和演变机理   总被引:6,自引:0,他引:6  
在辐射加热闪速热裂解实验台上获取了一种可溶性的黄色固体中间产物, 在两个不同辐射热流下其产量随着反应的进行均呈现升高-稳定-再升高的变化趋势. 高效液相色谱分析发现, 其主要成分包括低聚糖、葡萄糖、左旋葡聚糖、丙酮醛等. 将其中的纤维二糖、纤维三糖等低聚糖, 以及葡萄糖等单糖的混合物归为活性纤维素. 在高热流下, 活性纤维素的相对产量呈现先升后降的趋势, 在可溶性产物中的含量可高达68%(w, 质量分数), 且聚合度较高的低聚糖占主导地位. 在低热流下活性纤维素产量相对较低, 最高达到约57%(w), 更多地由聚合度较低的糖类组成. 在高温下活性纤维素极不稳定, 易降解生成聚合度更低的糖类, 甚至焦炭、挥发份和气体产物. 最后提出了一个改进的机理模型, 描述了活性纤维素的生成和演变的反应路径.  相似文献   

5.
针对半纤维素模型化合物4-O-甲基葡萄糖醛酸的热解,提出了六种可能的反应路径,对各种反应路径中的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了几何结构全优化,计算了各步反应的标准动力学参数。结果表明,4-O-甲基葡萄糖醛酸热解时,首先通过分子内的氢原子转移发生开环反应而形成链状中间体,然后中间体进一步分解,主要产物是甲醇、乙醇醛、2-羟基-3-甲氧基丁醛酸、乙二醛和2-羟基丁醛酸等;主要的热解竞争产物是甲酸、CO_2、CO、4-羟基-3-丁烯酮和甲基乙烯醚等。在半纤维素的热解中,CO_2是通过不饱和反应物或中间体脱羧基反应而形成,乙酸则是通过脱O-乙酰基反应而形成。  相似文献   

6.
碳氢燃料热裂解机理及化学动力学模拟   总被引:7,自引:0,他引:7  
发动机设计中,燃烧室的热管理问题日益突出.其根源必然涉及到碳氢燃料的化学机理模型.讨论了大分子烃类燃料热裂解反应的反应类型,分析了各反应类型的详细动力学以及对热裂解反应的灵敏度、重要性.根据热裂解反应类型有限和基于物质的一维表示,开发了大分子烃类反应机理的自动生成程序ReaxGen.建立了相应的热、动力学数据库,探讨了如何建立碳氢燃料的详细热裂解化学动力学模型.最后我们建立了正庚烷热裂解反应的详细机理,并用该机理模型模拟预测了产物分布和转化率,理论上计算了热沉值.所得结果与文献结果进行对比讨论.  相似文献   

7.
氯化钙催化纤维素热裂解动力学研究   总被引:15,自引:3,他引:12  
用差示热重分析仪对氯化钙纤维素热裂解动力学催化影响进行了研究。结果表明,氯化钙对焦炭的形成具有强烈的促进效果,使热裂解最终残留物产率从5%提升到10%以上,氯化钙的存在影响到热失重初始阶段活性纤维素的生成,使热重曲线向低温侧移动,并在低温段产生了小的失重速率峰。通过热重分析发现,氯化钙催化条件下纤维素热裂解动力学参数被分为了三段,分别对应于活性纤维素的生成、炭化和活性纤维素转化为挥发分产物三个区间,并依次成为整体失重过程的控制步骤。结合Broido-Shafizadeh机理分析以及与纯纤维素热裂解动力学参数的对比,氯化钙对这三个主要反应步骤都产生了促进效果,其中以催化焦炭的生成最为明显,在促进焦炭化的过程中,降低了气体产物的生成比率。  相似文献   

8.
环己烷的热裂解机理   总被引:5,自引:0,他引:5  
用Gaussian 98程序包中AM1法和DFT方法,对液相沉积法制碳/碳(C/C)复合材料的碳源化合物环己烷的热解机理做了量子化学理论研究.通过对化合物6种可能的热裂解路径的热力学和动力学计算,找到了环己烷热裂解的主反应路径.结果表明:(1) AM1与DFT计算均显示,断裂C-C键,最终生成乙烯和2 丁烯的反应通道是环己烷的主要裂解通道,与质谱数据吻合; (2) 除主反应路径外,余下的由易到难生成化合物的顺序为甲基环戊烷 >环己烯 >4 甲基环戊烯 >1,3 丁二烯; (3) AM1方法可以很好地推测较大分子体系的热裂解机理,而DFT方法计算的热力学量更接近实验数据.  相似文献   

9.
生物质主要组分低温热解研究   总被引:21,自引:2,他引:19  
利用热重分析仪和裂解气质联用仪进行生物质主要组分低温热解特性研究。热重实验结果表明,生物质主要组分的热稳定性为:纤维素>木质素>半纤维素。半纤维素主要热解温度在210℃~320℃,而纤维素和木质素的主要热解温度分别在310℃~390℃和200℃~550℃。裂解气质联用实验考察不同温度对生物质主要组分低温热解产物的影响。半纤维素热解产物主要有乙酸、1-羟基-丙酮和1-羟基-2-丁酮,纤维素热解产物主要包括左旋葡聚糖和脱水纤维二糖,而木质素热解产物主要是邻甲氧基苯酚。  相似文献   

10.
利用间歇式高压反应釜,在反应温度320℃、反应时间60 min条件下,研究乙醇用量对玉米秸秆纤维素液化生成酮类化合物的作用。当乙醇添加量为0时,酮类化合物的产率仅为1.25%。随着乙醇用量由0增加到160 mL,生物油产率不断的升高,酮类化合物产率增加至18.38%,乙醇促进了纤维素液化生成酮类化合物。利用GC/MS和FT-IR对生物油进行了定性分析,结果表明,在亚/超临界乙醇中,酮类化合物主要通过三条路径形成,纤维素脱水形成了含-C=O的活性纤维素,活性纤维素按逆Diels-Alder机理进行开环、脱水、异构化形成了4-羟基-4-甲基-2-戊酮等脂肪族酮类化合物;在乙醇自由基作用下,活性纤维素中C-O-C、C-C等键断裂、开环,形成环戊烯酮等脂环族酮类化合物,环戊烯酮与多种中间产物发生缩合、酯化形成2-甲酸基-1-苯基乙酮等芳香族酮类化合物;在高浓度乙醇自由基作用下,芳香族酮类化合物进一步发生裂解形成酸类、酮类等化合物。根据对酮类化合物生成机理的分析,建立了纤维素在亚/超临界乙醇中液化生成酮类化合物的反应网络。  相似文献   

11.
采用密度泛函理论UB3LYP/6-31G(d)方法,对模型化合物纤维二糖热解反应机理进行了量子化学理论计算研究。设计了三种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了不同温度下热解反应的标准热力学和动力学参数。计算结果表明,糖苷键均裂而形成两个自由基中间体IM1a和IM1b,吸收热量为321.26kJ/mol,中间体IM1a经过渡态TS1a进一步形成左旋葡聚糖P1,反应势垒为202.72kJ/mol;与分步反应相比,纤维二糖经过渡态TS2协同反应直接形成左旋葡聚糖P1和吡喃葡萄糖P2的反应势垒低于分步反应的总势垒,其反应势垒为377.54kJ/mol;H+的加入有利于糖苷键的断裂,断裂形成的中间体IM3很难进一步反应形成左旋葡聚糖。  相似文献   

12.
Pyrolysis of cellulose in sulfolane, an aprotic polar solvent, was conducted at the temperature between 200 and 330 °C. Sulfolane was used as a good solvent for levoglucosan, the major anhydromonosaccharide formed from cellulose pyrolysis, for prevention of the polymerization reaction. Cellulose was observed completely decomposed into soluble products in sulfolane within 3, 10, 60 and 480 min at 330, 280, 240 and 200 °C, respectively. The soluble products had molecular weights less than 500 after acetylation (GPC analysis) and similar product composition to that from cellulose pyrolysis under nitrogen (levoglucosan, levoglucosenone, furfural and 5-hydroxymethylfurfural by HPLC analysis). Pyrolysis of cellulose in polar solvent, which can solubilize anhydromonosaccharides, is proposed as a method for selective formation of levoglucosan and other low molecular-weight (MW) substances. As well, the cellulose pyrolysis in sulfolane did not suffer from carbonization reactions (microscopic and IR spectroscopic analysis) as did cellulose pyrolysis under nitrogen or in dioctyl phthalate (a poor solvent for levoglucosan) which gave brown/black solids. The residues obtained from the pyrolysis in sulfolane were colorless and gave similar IR spectra to that of the original cellulose. Based on these results, a ‘surface-peeling mechanism’ is proposed, and the role of the solvent in the mechanism is discussed.  相似文献   

13.
The effects of orientation upon the pyrolysis of cellulose were investigated by using a series of rayon fibers which differed only in orientation. The initial weight loss seen in low-temperature vacuum pyrolysis is due to crosslinking in the less ordered regions and was shown to be a first-order reaction whose rate varies directly with the degree of orientation. The extent of this reaction decreases with increasing orientation and is directly related to the amount of char formed at higher temperatures. The bulk pyrolysis rate increases with increasing orientation. DSC, air pyrolysis rates, and levoglucosan formation were also studied.  相似文献   

14.
The kinetics and products of cellulose pyrolysis can be studied using large-scale molecular dynamics simulations at high temperatures, where the reaction rates are high enough to make the simulation times practical. We carried out molecular dynamics simulations employing the ReaxFF reactive force field to study the initial step of the thermal decomposition process. We gathered statistics of simulated reactive events at temperatures ranging from 1400 to 2200 K, considering cellulose molecules with different molecular weights and initial conformations. Our simulations suggest that, in gas-phase conditions at these high temperatures, the decomposition occurs primarily through random cleavage of the β(1 → 4)-glycosidic bonds, for which we obtained an activation energy of (171 ± 2) kJ mol?1 and a frequency factor of \(\left( {1.07 \pm 0.12} \right) \times 10^{15}\) s?1. We did not observe dependency of the kinetic parameters on the molecular weight or initial conformation. Some of the decomposition reactions involved the release of low-molecular-weight products. Excluding radicals, the most commonly observed species were glycolaldehyde, water, formaldehyde and formic acid. Many of our observations are supported by the existing experimental and theoretical knowledge. We did not, however, observe the formation of levoglucosan, which is the dominant product in conventional pyrolysis experiments at much lower temperatures. This is understandable, since the high temperatures can force the dominance of radical reactions over pericyclic reactions. Nevertheless, our results support further use of ReaxFF-based molecular dynamics simulations in the study of cellulose pyrolysis.  相似文献   

15.
纤维素单体热解机理的热力学研究   总被引:6,自引:0,他引:6  
黄金保  刘朝  魏顺安 《化学学报》2009,67(18):2081-2086
为了了解纤维素热解机理, 结合相关实验结果对纤维素单体(β-D-吡喃葡萄糖)的热解设计了四种热解反应途径. 利用Gaussian 03程序, 采用密度泛函理论(DFT), 在UB3LYP/6-31G(d)水平上, 对各反应物和产物的几何结构进行了能量梯度法全优化, 计算了不同温度下各反应路径的热力学参数. 计算结果表明: 所有反应均为吸热反应; 当温度在550 K以上时, 所有反应都能自发进行. 从热力学的角度分析, 热解更有利于发生开环反应而形成乙醇醛、1-羟基-2-丙酮、CO等小分子产物.  相似文献   

16.
Slow pyrolysis of walnut shell which is a cheap and abundantly available solid waste was carried out using thermogravimetric analysis. The effects of raw material heating rate on the pyrolysis properties and kinetic parameters were investigated. A two-step consecutive reaction model were used to simulate the pyrolysis process. The kinetic parameters were established by using the pattern search method. Comparison between experimental data and the model prediction indicated that the two-step consecutive reaction model can better describe the slow pyrolysis of walnut shell as the formation of an intermediate during the pyrolysis process was taken into account.  相似文献   

17.
采用密度泛函理论B3LYP/6-31++G(d,p)方法,对纤维素热解的主要产物左旋葡聚糖的热解反应机理进行了理论计算分析,设计了四种可能的热解反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算结果表明,左旋葡聚糖开环成链状中间体时,首先,左旋葡聚糖中的两个半缩醛键C(1)-O(7)和C(6)-O(8)断裂,经过渡态TS1形成中间体IM1,同时,C(6)-O(7)结合成键使C(5)-C(6)-O(7)形成环状结构,该反应的能垒较高,为296.53 kJ/mol,然后IM1经过渡态TS2转变为中间体IM2,该反应的能垒为234.09 kJ/mol;对IM2设计了四条可能的反应路径,反应路径2和3能垒较低,是IM2最可能的热解反应途径;在反应路径1和4中都包含了脱羰基反应,其反应能垒较高,不易发生。  相似文献   

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