基于格子玻尔兹曼方法的生物质颗粒多孔结构中纤 维素水解的研究

作     者：韦浩杨 韦翔骞 刘思炜 孙韦韬 涂云龙 王晨光 马隆龙 Haoyang Wei;Xiangqian Wei;Siwei Liu;Weitao Sun;Yunlong Tu;Chengguang Wang;Longlong Ma

作者机构：中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027 中国科学院广州能源转换研究所可再生能源重点实验室广东广州510640 东南大学能源与环境学院能源热转换及其过程测控教育部重点实验室江苏南京210096 

出 版 物：《中国科学技术大学学报》 (JUSTC)

年 卷 期：2022年第52卷第7期

页      面：29-42,69,70页

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

基　　金：supported by the National Key R&D Program of China (2018YFB1501504) 

主　　题：格子玻尔兹曼方法 多相反应输运 多孔介质结构 纤维素溶解 

摘      要：木质纤维素生物质已被公认为最有前景的低成本和可再生生物燃料来源之一,因其能转化为替代燃料和有价值的平台分子引起了广泛关注。经汽提预处理的木质纤维素生物质多孔固体残渣可在稀硫酸催化下生成乙酰丙酸(LA)。该过程包括多孔介质扩散、多组分反应传输、液固界面反应和纤维素溶解,而了解这些复杂的物理化学过程之间的相互作用是优化水解反应性能的基础。本文建立了基于格子玻尔兹曼方法的多孔反应传递模型,以模拟稀酸催化纤维素转化为LA的过程。并将仿真结果与已有的实验结果进行了对比,以验证模型的准确性。模拟结果表明,温度对水解有显著影响,180℃时碳收率最高。不考虑木质素反应,在4%~8%范围内硫酸浓度越高,水解效率越好。还评估了纤维素含量和汽提残渣孔隙率对纤维素溶解速率的影响,发现当孔隙率为0.7、纤维素含量为50%时,纤维素的平均溶解速率在75 min内最高。