森林泥炭的熱解特性及熱解動(dòng)力學(xué)

物理化學(xué)學(xué)報( Wuli huaxue Xuebao)1756Acta Phys.Chim.Sin,2009,25(9):1756-1762ptember[Articlewww.whxb.pku.edu.cn森林泥炭的熱解特性及熱解動(dòng)力學(xué)趙偉濤陳海翔*周建軍劉乃安(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室,合肥230026)摘要:泥炭陰燃是森林地下火的主要燃燒形式之一,硏究泥炭的熱解規律對認識其陰燃機理及地下火蔓延機理有重要意義.本文使用熒光光譜分析技術(shù)測定了我國東北林區一種典型泥炭樣品的主要元素組成,并使用熱重-差熱分析(TG-DTA技術(shù)硏究了泥炭樣品在惰性氣氛中的熱解規律.實(shí)驗結果表明,泥炭樣品主要由45種元素構成.從常溫到1073K高溫的升溫過(guò)程中,泥炭樣品的質(zhì)量損失過(guò)程可以分為三個(gè)階段,依次為水分損失階段、有機質(zhì)熱解階段和礦物質(zhì)分解階段.對于泥炭陰燃密切相關(guān)的有機質(zhì)熱解階段,結合熱分析動(dòng)力學(xué)理論和優(yōu)化計算方法,建立了描述泥炭有機質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)規律的三組分疊加反應模型關(guān)鍵詞:熱解;泥炭;地下火;動(dòng)力學(xué)模型;熱重-差熱分析中圖分類(lèi)號:O643Characteristics and Kinetics of Forest Peat PyrolysisZHAO Wei-TaoCHEn Hai-XiangZHoU Jian-Jun LiU Nai-An(State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Heifei 230026, P. R. chinaAbstract: Peat smoldering is one of the main combustion modes of forest ground fires. Research into the pyrolysiskinetics of peat is an essential step in studying the peat smoldering mechanism and ground fire behavior. We measuredthe elemental composition of one typical peat sampled from the northeast forest zone of China by means ofspectrofluorometry and studied the pyrolysis characteristics of peat with thermogravimetry-differential thermal analysis(TG-DTA). Results show that the peat sample is composed of more than 45 elements, The pyrolysis process of peatmay be divided into three stages, i.e., dehydration, organic matter pyrolysis and mineral decomposition. Becauseorganic matter pyrolysis played an important role in peat smoldering, the pyrolysis kinetics of organic matter wasdetermined. Using thermal kinetic analysis theory and optimization methods, the model that three-component reactparallelly was established to describe the scheme of peat pyrolysis. We found that the scheme containing three-parallelreactions could describe the pyrolysis kinetics very wellKey Words: Pyrolysis: Peat: Ground fire; Kinetic model; Thermogravimetry-differential thermal analysis地下火是森林火災中一種難以控制的燃燒現象,我國東北林區是森林地下火的多發(fā)地區.豐富會(huì )對森林土壤系統和生態(tài)系統造成毀滅性破壞.地的近土壤層和地下可燃物是地下火發(fā)生的物質(zhì)條下火還會(huì )釋放森林土壤固定的碳,是森林火災煙氣件.按自上而下的層次,這些可燃物可以分為雜草、的主要來(lái)源,嚴重污染環(huán)境認識地下火發(fā)生發(fā)展枯枝落葉、腐殖質(zhì)和泥炭吲地下火是地下腐殖質(zhì)和的客觀(guān)規律,是有效控制和撲救此類(lèi)森林火災的前泥炭陰燃形成的火災.因此,研究地下火發(fā)生發(fā)展規提.然而,地下火機理方面的相關(guān)研究卻進(jìn)展緩慢閂.律,必須研究腐殖質(zhì)或泥炭的陰燃規律.Received: April 10, 2009: Revised: May 16,Correspondingauthor.Email:hxchen@ustc.edu.cn;Tel:+86-551-3607276The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(50806070)and re中國煤化工 e Industry, China(200704027)國家自然科學(xué)基金(50806070)和林業(yè)公益性行業(yè)科技專(zhuān)項(200704027)資助項目THCNMHGC Editorial office of Acta Physico-Chimica SinicaNo 9趙偉濤等:森林泥炭的熱解特性及熱解動(dòng)力學(xué)1757泥炭是原始森林沉積的凋落物經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間復雜302863生物物理化學(xué)過(guò)程后形成的一種物質(zhì)含有大量的3有機質(zhì),在適當的條件下就會(huì )發(fā)生陰燃,形成森林地o下火災.因此,目前有關(guān)地下火的研究工作主要集中2.5023721410105604ac o SiO, Fe, o, Cao N AL于關(guān)注泥炭(或腐殖質(zhì))陰燃的發(fā)生條件.研究表明圖1泥炭樣品的主要元素含量決定泥炭是否能夠維持陰燃的主要影響因素是泥炭Fig 1 Elemental composition of the peat中有機物含量、無(wú)機物含量和水分含量,泥炭陰燃能否維持的概率(有些文獻稱(chēng)為¨點(diǎn)燃概率”,實(shí)際上使用日本島津( SHIMADZU)掃描型X射線(xiàn)熒是“蔓延概率”)與上述三種因素之間的關(guān)系可以通光光譜儀XRF-1800對泥炭樣品的元素組成進(jìn)行定過(guò)實(shí)驗數據的擬合而得到.應該指出,這些研究量測定.樣品制備采用粉末直接壓片法,逐步增大探討了泥炭陰燃維持的表觀(guān)影響因素,對于森林防壓力,同時(shí)保證加壓一定的時(shí)間.熒光光譜儀XRF火工程應用有一定指導意義圓.但是這些研究得到1800能夠檢測出4號Be至92號U之間的所有元的是基于實(shí)驗結果的表觀(guān)統計規律,沒(méi)有涉及地下素,檢測濃度范圍為10到100%火災的內在機制.要認識地下火發(fā)生發(fā)展規律,必須實(shí)驗結果如圖1所示.泥炭中碳和氧元素質(zhì)量研究泥炭陰燃的物理化學(xué)規律.我們知道,固體可燃比例約為1:1,占總質(zhì)量的55.91%,主要來(lái)自于泥炭物熱解過(guò)程是其燃燒(陰燃)的先導過(guò)程,研究固體中的有機質(zhì)成分.泥炭還含有大量的無(wú)機物,由硅、燃燒必須首先認識其熱解規律圓.因此,為揭示泥炭鐵等l4種含量較高的元素組成,總質(zhì)量分數占陰燃規律,一些硏究者開(kāi)始關(guān)注泥炭的熱解規律.29.5%.另外還檢測岀Cl、Ce、Br、Sr、Cr、La、V、SbUsup等凹使用熱分析技術(shù)研究了印尼泥炭在氧氣ZnCu、zr、Ni、Co、Y、Nd、PbRb、Pr、Sn、As、Hf、Mo氣氛中的熱解燃燒過(guò)程,并從差熱分析①TA)曲線(xiàn)Ga、Sc、Nb、Th、W、Bi等28種微量元素,質(zhì)量分數上定性計算了泥炭點(diǎn)燃溫度.他們的研究還沒(méi)有涉合計為0.08%,以Ⅹ標記在圖1中.由此可見(jiàn),泥炭及泥炭的熱解詳細機理.據作者所知,國際上關(guān)于森含有豐富的元素,這對植物生長(cháng)有重要價(jià)值,同時(shí)也林泥炭熱解動(dòng)力學(xué)規律的硏究成果較少鬥,而關(guān)于使得泥炭熱力學(xué)過(guò)程變得復雜.我國森林泥炭熱解動(dòng)力學(xué)規律的硏究則未見(jiàn)報道.1.3熱分析實(shí)驗方法因此,本文將使用熱分析技術(shù)研究我國典型森林泥使用日本島津差熱-熱重同時(shí)測定裝置DTG炭的熱解規律,建立泥炭熱解動(dòng)力學(xué)模型,為泥炭陰?6H進(jìn)行泥炭樣品的熱分析實(shí)驗.實(shí)驗時(shí)加熱爐由燃研究奠定基礎、室溫加熱到1073K,升溫速率分別控制為50、7.5、本文首先使用熒光光譜分析技術(shù)測定我國東北10.0、12.5Kmin,加熱爐通入流速為50mL·min-1長(cháng)白山林區泥炭樣品的主要元素構成,然后使用熱的氮氣.每次實(shí)驗使用100-150μm粒徑的樣品約重-差熱分析技術(shù)硏究泥炭的熱解規律,最后采用熱10mg,記錄樣品在加熱過(guò)程中的熱重和差熱曲線(xiàn)分析動(dòng)力學(xué)方法建立泥炭有機質(zhì)的熱解動(dòng)力學(xué)模型,實(shí)驗過(guò)程中的參比物質(zhì)是ALO為研究泥炭陰燃的熱解過(guò)程提供精確的科學(xué)描述.2實(shí)驗結果及分析1實(shí)驗2.1泥炭熱解曲線(xiàn)的定性分析1.1樣品不同升溫速率下泥炭樣品在熱分析儀中熱解的實(shí)驗用泥炭樣品是由巨人為泥炭生物科技發(fā)展熱重(TG)曲線(xiàn)和微商熱重(DTG)曲線(xiàn)見(jiàn)圖2,差熱曲有限公司提供的原始塊狀泥炭,采自于長(cháng)白山林區.線(xiàn)見(jiàn)圖3.從TG曲線(xiàn),特別是從DTG曲線(xiàn),可以發(fā)泥炭塊特征尺寸約為15cm,有半腐爛的植物枝葉現泥炭熱解過(guò)程主要經(jīng)歷三個(gè)失重階段殘體可辨識.泥炭樣品自然風(fēng)干后研碎為粉末狀,先第一失重階段發(fā)生在從室溫到約400K的溫度后使用孔徑為100和150μm的金屬篩進(jìn)行篩選.區間內,失重峰值溫度在350K左右,升溫速率為l00μm以下粒徑的樣品進(jìn)行元素分析實(shí)驗,100-10.0K·min時(shí)對應的歸一化質(zhì)量損失速率約為150μm之間粒徑的樣品進(jìn)行熱分析實(shí)驗0.013K1.按中國煤化工序,這一階1.2樣品特征段質(zhì)量損失率HCNMHG、8.0%(見(jiàn)表1758Acta Phys.-Chim. Sin. 2009VoL 25B/(Kmin)B/(K. min)0.40.816L300400500600700800900100011000040050060070080090010001100T/K0.0035圖3不同升溫速率下泥炭熱解的差熱DTA)曲線(xiàn)TG0.0030Fig- 3 DTA curves of peat decomposition atdifferent heating rates程.在水分損失過(guò)程完畢后,泥炭熱解曲線(xiàn)進(jìn)入一個(gè)過(guò)渡階段,有比較輕微的質(zhì)量損失,這主要是小分子0.0010物質(zhì)揮發(fā)造成的.隨著(zhù)溫度繼續升高,泥炭樣品進(jìn)入0.0005第二個(gè)明顯失重階段第二失重階段發(fā)生在約從430到800K范圍30040050060070080090010001100內在此溫度區間內,泥炭中的有機物質(zhì)(如纖維素等)圖2不同升溫速率(β)下泥炭熱解的熱重(TG)和微商熱重發(fā)生熱解反應,生成揮發(fā)性物質(zhì)被氮氣氣流帶走,從(DTG)曲線(xiàn)而導致質(zhì)量損失效應.從430K開(kāi)始,隨著(zhù)溫度的升Fig 2 TG and derivative thermo-gravimetry (TG)curves of peat decomposition at different高,有機質(zhì)熱解反應的速率逐漸加大,500K以后失重速率顯著(zhù)增大.達到約570K時(shí),失重速率達到最wo is the whole mass of peat sample: w is the mass of residue at th大值,升溫速率為10K·min-時(shí)歸一化質(zhì)量損失速corresponding temperature率約為0.0030K.繼續升溫大約30K后,進(jìn)入本階1),主要歸因于泥炭中水分(自由水、結晶水和吸附水段第二個(gè)失重速率高峰,然后失重速率急劇下降,到等)受熱后的損失過(guò)程,以及相對次要的萜烯系等小770K以后,進(jìn)入緩慢的質(zhì)量損失階段,也標志著(zhù)泥分子的釋放過(guò)程.水分約占總失重的12%.圖3所炭中的有機物質(zhì)熱解反應基本完成.表1列出了峰示的DTA曲線(xiàn)在該溫度區間表現出明顯的吸熱過(guò)值溫度等特征數據.從表1還可以看出,第二失重階表1泥炭樣品熱解曲線(xiàn)的特征參數Table 1 The characteristic parameters of the TG-DtG curves of peat decompositionFinalPeakMaximumRatio of mass loss ratio of mass losPyrolysis step BKmin) emperature temperature temperature mass loss rate mass loss rate to total mass loss to sample mass3103380.00160.00151000.00130.0006lI4343570.00140.00006second step0.00300.0014320.0013720.00300.001347.6576(612)47.10.00130.000411.20.000y910.410.00.00070.0005YHs中國煤化工70Two peaks appear in the second pyrdysis step, and the data in the parenthesCNMHGpNo 9趙偉濤等:森林泥炭的熱解特性及熱解動(dòng)力學(xué)1759段平均質(zhì)量損失約占泥炭樣品質(zhì)量的48%,占泥炭熱解過(guò)程質(zhì)量損失總量的74%,表明泥炭中含有大0/(Kmin)量有機質(zhì).考慮到有機質(zhì)熱解主要產(chǎn)生可燃性氣體,因此認識泥炭中有機質(zhì)的熱解過(guò)程對硏究泥炭熱解及陰燃規律至關(guān)重要.在此階段,DTA曲線(xiàn)表現出輕微的吸熱或放熱特征,表明此過(guò)程熱效應不明顯.DTA曲線(xiàn)的正負變化極有可能是儀器基線(xiàn)漂移造0.001成的第三失重階段發(fā)生在約從800到1100K范圍內.本階段質(zhì)量損失主要是由于高溫條件下,泥炭中的無(wú)機物(如白云石)發(fā)生熱分解反應,生成氣體產(chǎn)圖4不同升溫速率下泥炭有機質(zhì)熱解階段轉化率的物,導致失重效應,礦物質(zhì)熱解失重占總失重的變化率曲線(xiàn)Fig 4 Differential conversion curves of the14.0%圖2中DTG曲線(xiàn)在950K左右有一個(gè)尖銳decomposition of peat organic matter at的失重速率峰,相應圖3中DTA曲線(xiàn)表現出一個(gè)different heating rates吸熱鋒,與CaCO3等無(wú)機礦物質(zhì)的熱分解特征相的峰,表明此區間至少存在兩個(gè)熱解過(guò)程.變化率在符葉.泥炭陰燃的溫度大致在673K左右,因此650K左右又有一個(gè)拐點(diǎn),隨后變化率的下降速率在泥炭熱解研究中,明顯高于此溫度的無(wú)機物分解減緩,表明此處存在一個(gè)緩慢熱解過(guò)程.因此,泥炭過(guò)程可以不予考慮,主要關(guān)注水分損失過(guò)程和有機有機質(zhì)熱解階段至少存在3個(gè)明顯的熱解子過(guò)程質(zhì)熱解過(guò)程.水分損失過(guò)程主要影響泥炭達到點(diǎn)燃前文提到,泥炭是森林凋落物經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間復雜生物時(shí)的能量需求,而有機質(zhì)熱解過(guò)程則會(huì )產(chǎn)生可燃性物理化學(xué)過(guò)程后形成的一種物質(zhì),其主要有機質(zhì)來(lái)氣體,是燃燒物質(zhì)的來(lái)源,因此下文重點(diǎn)硏究泥炭中源于森林植物,或者說(shuō)來(lái)源于纖維素類(lèi)生物質(zhì).已有有機質(zhì)成分的熱解動(dòng)力學(xué)規律.研究表明,纖維素類(lèi)生物質(zhì)主要由半纖維素、纖維素2.2熱解動(dòng)力學(xué)分析方法和木質(zhì)素三種成分組成,其熱解過(guò)程可以視為三種通常單步固體熱降解過(guò)程可以表述為組分熱解過(guò)程的疊加.因此,本文也采用三組分A(solid)B(solid)+C(gas)疊加模型對泥炭有機質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)規律進(jìn)行研究其反應動(dòng)力學(xué)方程為下面將建立多組分疊加模型的動(dòng)力學(xué)分析方法exp(E多組分疊加模型假設固體反應物是由m種組dr B分組成.在固體熱解過(guò)程中,各種組分分別發(fā)生熱解其中α是固體反應物轉變?yōu)樯晌锏馁|(zhì)量百分比反應,互不影響.固體熱解過(guò)程是各組分熱解過(guò)程的(轉化率),B是升溫速率(Kmin-),E是表觀(guān)活化能疊加( kJ. mol),R是摩爾氣體常量(8.3l4 JK-.mol--),A是對每一種組分,熱解過(guò)程均遵循固體反應動(dòng)力指前因子(s),T是熱力學(xué)溫度(K),f(a)是反應機理學(xué)方程,即方程(1)和(②).第i種組分的反應動(dòng)力學(xué)函數.固體轉化率α可以通過(guò)熱重(TG曲線(xiàn)計算得方程重新寫(xiě)為到,計算公式為a=(o-0)/(=x)dt b expGRt )其中c是反應物初始質(zhì)量,v是反應物在溫度T時(shí)a=(a-,)/(va-l;i)的質(zhì)量,wx是反應物最終質(zhì)量這里下標讀表示第種組分的相關(guān)參數,其余符號意轉化率a的變化率(da/d)是轉化率a的一階微義參見(jiàn)方程(1)和(2)分,能更直觀(guān)反映轉化率的變化趨勢.從圖2的TG由方程(2)和(4),可以得到固體反應物的總體轉曲線(xiàn),可以計算得到泥炭有機質(zhì)熱解階段(第二失重化率階段)的轉化率及其變化率曲線(xiàn)圖4所示為轉化率的變化率dod曲線(xiàn).從圖中可以看出,變化率曲中國煤化工線(xiàn)在550到630K溫度區間內表現出2個(gè)較為明顯CNMHG1760Acta Phys.-Chim. Sin. 2009VoL 25這里貢獻率r=(a-1x)∥(v-x)是第種組分的質(zhì)量表2泥炭有機質(zhì)三組分熱解模型的表觀(guān)動(dòng)力學(xué)參數損失占固體反應物總體質(zhì)量損失的百分比,反映了Table 2 Apparent kinetic parameters of the three-各組分熱解過(guò)程對整體熱解過(guò)程的貢獻.很明顯,parallel- reaction scheme describing peat organicmater pyrolysis∑r=l.推導過(guò)程中使用了以下關(guān)系式5.96980.97910.3068938776.02510.99790.310910.089.306470.96130.30728925726.1039102860.318150113.9137.33830.83680.200010.074264088150.2140∑(aom-)l7.44800.8990.194average value113.8966739670.86560.2024假設各組分熱解過(guò)程的機理函數為n階級數反應5.094,48744.84063.22210.493f(a)=(1-a)y,那么反應物整體質(zhì)量隨溫度的變化率944136492143,07780.487910.094.35924.9828288900.4788可以寫(xiě)成:94.3208502302.82540.4874renergy, A: the pre-exponential factor, n: the reaction order,r: the contribution coefficient=∑rAe(1實(shí)現以上計算方案. Levenberg-Marquardt算法是對級數反應模型令8a)=如,Co和 Redfern 20種準確快速的優(yōu)化算法可以在Mab中編程實(shí)現得到以下經(jīng)典公式23泥炭有機質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)模型In[--In(I-aRT E泥炭有機質(zhì)熱解過(guò)程可以使用三組分疊加模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬,即m=3.使用2.2節計算方案可以(l-m)72 =In ARl-(1-a)[12RT E得到不同升溫速率下泥炭熱解過(guò)程的各組分動(dòng)力學(xué)ERT,n關(guān)1參數和貢獻率,如表2所示.為直觀(guān)比較三組分模型由上式可以反解出(1-0)的表達式,并代入方程對泥炭有機質(zhì)熱解的適用性,圖5列出了升溫速率(6,可以得到以下表達式為10.0K·min的泥炭有機質(zhì)熱解的實(shí)驗曲線(xiàn)及三∑{ r Ae ke a要x組分模型的理論預測曲線(xiàn)可以發(fā)現,理論曲線(xiàn)與實(shí)dT出=∑合。一AB(-0.0060.005(1-27)÷,n≠1E70.004(ted curve如果已知m種組分的反應動(dòng)力學(xué)參數(E,A,n)0.003及貢獻率r,由上式可以計算得到固體熱解的總體0.002轉化率的變化率曲線(xiàn)(da/d7).這條理論曲線(xiàn)可以和實(shí)驗曲線(xiàn)(do/dT呷進(jìn)行對比,計算偏差Spmr0.000Spmc=>[(da/dT)xp-(da/dT(9)這里求和號表示對所有數據點(diǎn)進(jìn)行求和從數學(xué)意圖5升溫速率為10.0K,min2時(shí)實(shí)驗曲線(xiàn)與三組分模型義上講,總有一套參數組合能使偏差Sm最小.那么理論曲線(xiàn)的對比這套參數組合就能夠描述固體的熱解反應過(guò)程.本Fig 5 Comparison of the theoretical curves generatedby the threYH中國煤化工文將采用 Levenberg-Marquardt非線(xiàn)性擬合算法 experimental-L0.0 K. min-1CNMHGNo 9趙偉濤等:森林泥炭的熱解特性及熱解動(dòng)力學(xué)176l驗曲線(xiàn)吻合度極好.其它升溫速率下實(shí)驗曲線(xiàn)和理3結論論曲線(xiàn)也吻合極好(為節省篇幅,這里沒(méi)有畫(huà)出).這使用熒光分析技術(shù)測定了我國東北長(cháng)白山林區些結果表明,三組分疊加模型可以有效描述泥炭有一種典型泥炭樣品的主要元素組成,并使用熱重差機質(zhì)的熱解過(guò)程使用平均后的熱解動(dòng)力學(xué)參數(見(jiàn)熱分析技術(shù)研究了泥炭樣品在惰性氣氛中的熱解規表2),泥炭有機質(zhì)熱解的動(dòng)力學(xué)模型具體為:律.發(fā)現泥炭樣品含有多達45種元素,碳、氧元素質(zhì)d7=031+0.20g+0.49aT0)量含量達59%,表明泥炭中含有大量有機物質(zhì)和無(wú)機鹽類(lèi).在不同升溫速率的熱解實(shí)驗中,泥炭樣品其中表現出相似的質(zhì)量損失規律.在升溫過(guò)程中,質(zhì)量損dn=10exp(-89301-失過(guò)程可以分為三個(gè)階段,依次為水分損失階段、有T BRT機質(zhì)熱解階段和礦物質(zhì)分解階段.水分約占總失重da2_10113900dr BRT的12%,在差熱曲線(xiàn)上表現為明顯的吸熱峰;有機da-10994400質(zhì)熱解失重占總失重的74%,熱效應不明顯;礦物eXp(一dT BRT)(1-ax3)質(zhì)熱解失重占總失重的14%,在差熱曲線(xiàn)上表現為從表2還可以發(fā)現,泥炭有機質(zhì)三組分的熱解較小吸熱峰動(dòng)力學(xué)參數與纖維素類(lèi)生物質(zhì)的熱解動(dòng)力學(xué)參數存考慮到泥炭有機質(zhì)的熱解曲線(xiàn)特征,本文采用在一定的差別纖維素類(lèi)生物質(zhì)一般含有20%-30%三組分疊加模型對有機質(zhì)熱解過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模的半纖維素、28%-38%的纖維素和10%-15%的木型的優(yōu)化計算,結果表明該模型能很好地描述泥炭質(zhì)素在加熱過(guò)程中,半纖維素在220-315℃首先有機質(zhì)在惰性氣氛中的熱解動(dòng)力學(xué)規律.與纖維素開(kāi)始熱解(活化能通常為80-116kJ·mol),然后類(lèi)生物質(zhì)熱解的三組分模型對比發(fā)現,泥炭有機質(zhì)是纖維素在315-400℃熱解(活化能通常為195-286熱解過(guò)程表現出某些不同之處,主要體現為組分二kJ·mol-),木質(zhì)素熱解(活化能通常為18-65kJ·(“類(lèi)纖維素”)含量減小而組分三C“類(lèi)木質(zhì)素”)含量mol-的溫度區間較寬(l60-900℃,但是主要失增加這可初步解釋為纖維素部分腐爛分解而致本重發(fā)生在高溫區域凹三組分熱解反應級數一般設定文建立的泥炭熱解動(dòng)力學(xué)模型為研究泥炭陰燃的熱為1,一些文獻認為木質(zhì)素的熱解反應級數是3,解過(guò)程提供了精確的科學(xué)描述,可應用到森林地下還有一些文獻認為三個(gè)反應級數都可以是分數四.火的研究之中與纖維素類(lèi)生物質(zhì)對比,分析泥炭熱解三組分的熱解反應溫度區間(參考圖5),可以認為泥炭三組 References分依次對應于生物質(zhì)中的半纖維素、纖維素和木質(zhì)Gonzalez-Perez, J. Gonzalez- Vila, F; Almendros, G; Knicker, H素.組分一的熱解活化能在半纖維素熱解活化能區Environ. Int, 2004, 30(6)2 Knicker, H. Biogeochemistry, 2007, 85(1): 91間內,反應級數一樣(均為1),而貢獻率稍微高于纖leger, F; Rieley, J; Boehm, H; Jaya, A. Limin, S維素類(lèi)生物質(zhì).組分二的熱解活化能則明顯小于Nature,2002,420(6911):6l纖維素的活化能區間,反應級數也偏小,然而這兩4 Pastor,E.; Zarate,L; Planas,E; Arnaldo,J. Prog. Ene個(gè)參數卻與文獻報道的部分數值凹較為接近,表明Combus,2003,29(2):139不同來(lái)源的纖維素熱解規律不盡相同.相比于生物5 Shu, L. F. Wang, M. Y: Tian, X.R. Li, Z. Q: Xiao, Y J. Journalof Natural Disasters,2003,12:62[舒立福,王明玉,田曉瑞,質(zhì)中的纖維素含量叫,泥炭組分二的貢獻率明顯偏李忠琦,肖永軍.自然災害學(xué)報,2003,12:621小,表明泥炭中來(lái)自于生物質(zhì)的纖維素成分在長(cháng)期6 Hungerford, R; Frandsen,w:Ryan.k. gnition and burning char-腐爛過(guò)程中已經(jīng)部分分解.相比于木質(zhì)素,組分三反acteristics of organic soils. In: Cerulean, S. I; Engstrom, R. T. Eds應級數約為3,與文獻[18]相符,但是活化能和貢獻Fire in wetlands: a management perspective. Tall Timbers Fire率偏高.這可能是因為組分三含有部分纖維素腐爛Ecology Conference, Tallahassee: Tall Timbers Research Station1995:78-91分解的產(chǎn)物,從而導致貢獻率增大,并且活化能數值Lawson, B; Frandsen, W: Hawkes, B. Malrymple, G. Probability向組分二的數值靠近of sustainedTHCNMHE1762Acta Phys.-Chim. Sin. 2009VoL 25Natural Resources Canada, Canadian Forest Service. Northern002,392-393:135Forestry Centre, Edmonton, Alberta. Forest Management Note 6316 Xiao, X: Du, S, Sohn, H: Seetharaman, S. Metall. Mater. TransB,1997,28(6:11578 Frandsen, w. Can J Forest Res, 1997, 27(9): 147117 Orfao, JJ M.: Antunes, F J. A Figueiredo, J. L. Fuel, 1999, 789 Grishin. A M. Golovanov A.N. Sukov.Y V: Preis.Y I(3):349Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2006, 79: 56318 Manya, J. Velo, E. Puigjaner, L. Ind. Eng. Chem. Res, 2003, 4210 Otway, S; Bork, E; Anderson, K: Alexander, M. Can J. Forest(3):43419 Di Blasi, C. Prog. Energ. Combust, 2008, 34(1): 4?11 Rein, G; Lautenberger, C. Fernandez-Pello, A Torero, J; Urban20 Coats, A. w, Redfern, J. 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