复合成型生物炭制备工艺研究

以家具厂废弃锯木屑与竹屑的混合物为原料,研究了复合成型生物炭的制备工艺条件。结果表明,复合成型最佳炭化条件为:锯木屑∶竹屑比例为75%∶25%,最终炭化温度500℃,升温速率15℃/min,氮气为氛围气,保温时间60 min。在最优条件下制备的复合成型生物炭固定碳含量84.57%,炭得率31.27%,灰分2.78%,挥发分11.95%,热值29 991 J/g。这为农林废弃物的综合利用提供理论依据。     

复合成型生物炭制备工艺研究

以家具厂废弃锯木屑与竹屑的混合物为原料,研究了复合成型生物炭的制备工艺条件。结果表明,复合成型最佳炭化条件为:锯木屑∶竹屑比例为75%∶25%,最终炭化温度500℃,升温速率15℃/min,氮气为氛围气,保温时间60 min。在最优条件下制备的复合成型生物炭固定碳含量84.57%,炭得率31.27%,灰分2.78%,挥发分11.95%,热值29 991 J/g。这为农林废弃物的综合利用提供理论依据。     

小麦秸秆低温热解制备生物质炭的性能研究

以小麦秸秆为原料,采用自制低温热解装置制备生物质炭;在原料热重分析基础上,考察热解温度对生物质炭产率及性能的影响。结果表明,在200~320℃温度范围内,随着温度升高生物质炭的产率降低,灰分和固定碳含量上升,挥发分含量呈递减趋势,说明小麦秸秆生物质炭的能量密度随温度的升高而提高;采用傅里叶红外光谱仪(IR)和扫描电镜(SEM)对产物进行表征,为小麦秸秆热解的进一步研究提供基础数据。     

热重-红外联用分析制革污泥的燃烧特性

利用TG-FTIR对制革污泥的燃烧特性和燃烧过程气体释放情况进行了研究。研究发现,制革污泥挥发分和灰分含量较高,固定碳含量低、热值低。不同升温速率下,制革污泥的燃烧在800℃时已经比较充分,随着升温速率的增加,制革污泥碳燃烧的失重速率和峰值温度有所增加。运用Ozawa法进行活化能计算表明,制革污泥燃烧所需活化能随着反应程度的深入而增加。制革污泥的挥发分燃烧阶段符合三维扩散的Z-L-T方程反应模型,固定碳燃烧阶段符合自催化反应的P-T方程反应模型,且制革污泥在不同升温速率下燃烧动力学参数存在动力学补偿效应。TG-FTIR分析表明,不同升温速率对气体析出基本特征没有影响,在低温阶段,制革污泥的燃烧产物中有少量的有机酸组分析出。     

酸性糠醛残渣热解实验及热解炭性能研究

为解决糠醛渣的堆放及资源的合理利用,以糠醛渣为研究对象,分别在同步热分析仪及管式炉上进行热解实验研究,主要考察热解终温、升温速率、碳酸钠含量对糠醛渣热解产物分布及热解炭性能的影响。同步热分析仪分别以10—40℃/min的升温速率升高到850℃(10℃/min添加碳酸钠);管式炉上以10℃/min的升温速率到达热解终温300—600℃。结果表明:热重分析确定热解失重过程为干燥段、挥发分逸出段、热解炭化段3个阶段,确定主要热解温度区间为300—600℃。添加碳酸钠后抑制水分的析出,失重变化率峰值变大,表明碱金属钠盐促进纤维素的分解。随着热解温度的升高热解碳的p H值逐渐增大,热解温度为400℃时达到最高的亚甲基蓝脱色率44.4%。热解炭可进一步用于活性炭染料吸附。     

生物质热解炭成型特性研究

通过将核桃壳热解转化为生物质热解炭并确定最佳制备温度,随后将生物质热解炭压缩成型,分析成型过程影响因素及成型品质。结果表明,600℃时产生的生物质热解炭与原料相比,挥发分含量降低70.21%,固定碳含量增加68.83%,热值达到29.16 MJ/kg;随着水分和成型压力的增加,成型炭的抗压强度先增大后减小;粘结剂种类影响成型炭的品质特性,采用复合粘结剂可保证成型炭冷热态强度,控制灰分含量;成型可改善热解炭燃烧特性,成型炭燃烧温度区间广,活性高且燃烧较为均匀,是一种更为理想的生物燃料。     

溶剂型聚氨酯涂料废物的热解及产物分析

为了探究溶剂型聚氨酯涂料废物资源化利用的可行性,利用热重分析仪和管式炉对溶剂型聚氨酯涂料废物进行热解实验,研究了涂料废物的热解特性及热解产物。结果表明,涂料废物热解有3个失重阶段;升温速率提高,失重速率越大,涂料废物热解阶段起始和终止温度、最大失重速率温度均向高温区偏移。随着热解温度升高,固体产物质量分数由68.55%减至55.25%。400℃时液体产物最大(30.89%),800℃时气体产物质量分数最大(30.58%)。固体产物中碳(C)元素含量增加,氢(H)和氧(O)元素含量下降,H/C和O/C物质的量比逐渐下降;挥发分含量降低,固定碳含量增加。热解液体产物组分较为复杂,含油多种芳香族化合物和酯类化合物等。     

高性能生物质炭还原剂的制备与表征

以生物质核桃壳为原料制备生物质炭还原剂,对其进行了表征,分析了焦炭化学成分、官能团分布等与电阻率的关系. 结果表明,热解温度从400℃增加到1450℃时,生物质炭的电阻率从6288.7 mW×m减小至1515.9 mW×m,固定碳含量增加,挥发分含量减小;随热解温度升高,其羰基和脂肪族官能团逐渐被破坏,炭晶面间距d002逐渐减小,结晶度、芳构化程度和有序化程度增强. 在500~700℃的热解温度下所得生物质炭产率≥24%,电阻率≥5800 mW×m,固定碳≥80%,灰分≤4%,且具有发达的孔隙,可用作工业硅生产炭质还原剂.     

煤的工业分析及其影响因素

煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分以及固定碳的分析[1]。本文介绍了煤的水分、灰分以及挥发分含量的测定方法,由于固定碳含量通过计算求得,本文不做介绍。其中,影响水分测定的因素有煤样状态、环境湿度等;影响灰分测定的因素有温度、冷却时间等;影响挥发分测定的因素有煤化程度、煤岩组成、煤的粒度以及升温速度等。为了提高测定的准确度,必须正确分析各测定项的影响因素。     

热解终温对花生壳炭化产物的影响研究

采用自制的生物质固定床热解装置研究了不同热解终温对花生壳炭化产物的影响。结果表明：随着热解终温的增加,生物炭质量和能源产率总体上呈现降低趋势,热解气产率呈现上升趋势（热值显著提高）,其中液体质量产率在550℃时达到最大值;热解终温的增加使花生壳生物炭中固定碳、灰分不断提高,C元素不断提高,H元素与O元素含量则不断降低,生物炭的化学和生物稳定性提高;生物炭的热值在500℃时达到最大值,为24.346MJ/kg。生物炭的燃烧过程包括水分蒸发、固定碳及挥发分燃烧和燃尽等3阶段,其燃烧起始时间明显晚于花生壳,不同温度制备的生物炭的综合燃烧特性指数（S）从大到小的顺序依次为：C500 > C350 > C600 > C400 > C450 > C550;热解终温为550℃时,生物炭的比表面积、微孔表面积、总孔容积和微孔容积均最大,分别为50.58m²/g、29.56m²/g、0.01543cm³/g和0.01111cm³/g,与活性炭相比仍有较大差距,需要进一步处理。     

Influence of mineral matter on biomass pyrolysis characteristics

Studies on wood and twelve other types of biomass showed that in general, deashing increased the volatile yield, initial decomposition temperature and rate of pyrolysis. However, coir pith, groundnut shell and rice husk showed an increase in char yield on deashing, which is attributed to their high lignin, potassium and zinc contents. These results were supported by studies on salt-impregnated, acid-soaked and synthetic biomass. A correlation was developed to predict the influence of ash on volatile yield. On deashing, liquid yield increased and gas yield decreased for all the biomass studied. The active surface area increased on deashing. The heating value of the liquid increased, whereas the increase in char heating value was only marginal.     

Process characteristics investigation of simulated circulating fluidized bed combustion combined with coal pyrolysis

A poly-generation process of simulated circulating fluidized bed (CFB) combustion combined with coal pyrolysis was developed in a laboratory scale. Pyrolysis characteristics of three bituminous coals with high volatile contents were investigated in a fixed bed with capacity of 10 kg solid samples. The effects of initial temperature of solid heat carrier, pyrolysis holding time, blending (ash/coal) ratio and coal particle size on gas and tar yields were studied experimentally. The results indicate that the initial temperature of the heat carrier is the key factor that affects the gas and tar yield, and the gas composition. Most of the gas and the tar are released during the first few minutes of the pyrolysis holding time. For caking coal, the amount of char agglomerating on the pyrolyzer inner wall is reduced by enhancing the blending ratio. The experimental results may provide basic engineering data or information for the process design of CFB combustion combined with coal pyrolysis in a large scale.     

胜利褐煤快速热解特性

为考察热解温度对热解产物品质及挥发分残留的影响,在10 kg/h自制褐煤快速热解提质试验设备上,以胜利褐煤为试验原料,考察了400~900℃热解提质温度对热解产物产率、气体产物组成、半焦微观结构以及残余挥发分的影响。结果表明,随着热解温度的升高,半焦产率逐渐降低,气体产率升高,焦油的产率先升高后降低,700℃时焦油产率最大;热解气体中的CO_2随着热解温度的升高逐渐降低,H_2和CO含量随着热解温度的升高而增加;随着热解温度的升高,挥发分不断释放导致半焦含氧官能团以及高活性的小的缩合芳环减少;热解温度≥700℃,半焦残留的挥发分较低,固定碳较多,基本满足电石用焦的要求。     

热解温度对竹粉炭理化结构及燃烧性能的影响

利用自行设计搭建的流化床-回转炉两级连续式热解装置对竹粉进行热解炭化，考察流化床一级热解温度（300～800℃）对竹粉热解炭理化结构及燃烧性能的影响规律。结果表明，由于回转炉二次热解过程的存在，使得流化床热解温度对竹粉炭元素组成的影响减弱，碳元素质量分数介于71.19%～78.41%间，随热解温度增加，竹粉炭中挥发分含量降低，灰分呈现增加趋势，固定碳含量相对稳定；扫描电镜结果显示热解温度在300～500℃时，热解炭呈现规则的孔隙结构，同时可保持原料的骨架结构，随着热解温度继续升高，竹粉炭骨架结构被破坏，产生断裂坍塌的现象，比表面积和总孔孔容在700℃热解温度时达到最大，分别为2.53m²/g和0.012cm³/g。利用拉曼光谱和X射线光电子能谱法对热解炭表面化学结构分析，表明较高的热解温度促进了小芳环体系聚合转变为大的芳环结构，有利于脱氢脱羧及芳构化进程。热重-红外联用分析表明竹粉热解过程中气体释放相对含量较多的三类物质分别是CO₂，烷烃、酚类、醇类，以及醛、酮、酸类等有机成分。热解炭样品的燃烧基本仅呈现出固定碳燃烧阶段，热解温度为600℃左右时，所得竹炭综合燃烧特性较好。     

生物炭对重金属(Zn)的吸附特性及动力学

在300～700℃下制备了水葫芦炭和玉米秸秆炭,研究了生物质种类、热解温度、溶液初始pH和Zn(Ⅱ)初始浓度对两种生物炭吸附溶液中Zn(Ⅱ)的影响,并结合吸附过程曲线拟合获得了吸附动力学模型。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭理化特性发生显著变化,生物炭的挥发分、氧含量、氢含量以及O/C和H/C显著降低,而固定碳、灰分和热值显著升高,生物炭的比表面积、总孔容、微孔容、pH以及KCl等盐类物质均得到了显著增加。随着溶液初始pH增加,生物炭对Zn(Ⅱ)的吸附能力呈现先快速增加然后逐步趋于稳定或稍有下降的趋势,不同生物炭的最大平衡吸附量出现在pH=4~6之间。Zn(Ⅱ)初始浓度<30mg/L时,生物炭对Zn(Ⅱ)平衡吸附量随溶液Zn(Ⅱ)初始浓度的增加呈线性快速增长,而当Zn(Ⅱ)初始浓度>30mg/L,其平衡吸附量增长趋势变缓。在相同Zn(Ⅱ)初始浓度下,随着热解温度的提高,生物炭对溶液中Zn(Ⅱ)平衡吸附量逐渐提高,且在同一热解温度下制备的水葫芦炭对Zn(Ⅱ)的平衡吸附量显著高于玉米秸秆炭。两种生物炭对溶液Zn(Ⅱ)的吸附符合Lagergren准二级动力学模型,其吸附过程均受化学吸附控制,水葫芦炭和玉米秸秆炭对Zn(Ⅱ)吸附机制主要包括含氧官能团的络合作用和无机盐离子的沉淀作用。     

不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析

以禾本科植物王草、水稻秸秆、甘蔗渣和玉米秸秆为原料,在厌氧条件下于300、500和700℃制备王草炭（I）、水稻秸秆炭（R）、甘蔗渣炭（S）和玉米秸秆炭（M）,研究了不同热解温度对生物炭结构及组成的影响。研究结果表明：随着热解温度升高,4种生物炭产率下降,300℃时I、R、S和M的产率分别为45.81%、48.67%、46.81%和46.00%,而700℃时产率则分别为33.93%、35.47%、25.42%和31.23%;灰分和碳含量升高,700℃时I、R、S和M的灰分较300℃分别提高了54.39%、65.44%、95.54%和71.65%;I、S和M的C/N比随温度升高而升高,R与之相反。4种生物炭pH值随温度升高而升高,700℃时I、R、S和M的pH值分别为7.68、9.87、7.59和9.33,均呈碱性;I和S孔隙结构丰富,随温度升高,孔隙数量增加,而R和M均在700℃形成了一定量的絮状结构;X射线能谱（EDS）分析结果表明R中Si元素含量较高。随温度升高,4种生物炭中烷烃基、甲基（—CH₃）和亚甲基（—CH₂）逐渐消失,生物炭结构以芳香族化合物和含氧官能团为主,结构更稳定。     

挥发分-半焦交互反应对生物质热解半焦特性的影响

挥发分-半焦交互作用是生物质热化学利用过程普遍存在的现象。为了解析交互反应对生物质热解半焦特性的影响,利用一阶固定床/流化床反应器及快速热裂解仪进行实验。针对挥发分-半焦交互反应,对碱金属和碱土金属（AAEM）元素的析出特性展开了研究,同时分析了交互反应对生物质热解半焦反应活性的影响。结果表明在700~900℃范围内,交互反应的存在使得热解成焦率较无交互反应下有所提高。热解过程中交互反应导致了单价K元素析出量增加,对二价Ca/Mg元素的析出影响较小。挥发分-半焦交互反应的存在使得半焦反应活性对温度的敏感度降低,随温度的升高其反应速率的下降幅度变缓。     

低阶碎煤有氧热解制备兰炭的工艺条件

以流化石英砂为介质,研究了热解温度、O2浓度、原煤停留时间及粒径等流化条件对由小粒径低阶碎煤所制半焦的理化性质的影响. 结果表明,1~13 mm小粒径低阶煤在热解温度大于850℃及O2浓度、热解时间分别不低于3%(j)和120 s的条件下,可制得固定碳含量高于82%(w)、挥发分含量低于7%(w)的兰炭. 热解温度由650℃升至950℃,碳晶格的微晶晶面间距(d002)由0.383 nm减小至0.372 nm,半焦晶格的有序化程度增加. 氧气浓度为7%(j)时,半焦的比表面积最大,为242.71 m2/g,同时氧化反应活性也最大. 延长有氧气氛下的热解时间,半焦孔隙结构因烧蚀而坍塌,半焦的比表面积和活性降低.     

浮选对煤热解过程中NH_3生成的影响

介绍了采用固定床反应器对神东、新疆和小龙潭原煤及其浮选后所得精煤和尾煤在873K～1 173K温度、420mL/min Ar气氛下热解NH_3生成的实验研究。结果表明,浮选得到的精煤和尾煤在热解过程中释放的NH_3量与原煤释放的NH_3量相比不同,且随煤的变质程度的变化而变化;浮选改变了NH_3的生成率,但没有改变其随温度的变化趋势。精煤、尾煤与原煤一样,在快速热解过程中,NH_3的生成由进样阶段决定。煤氮生成NH_3的转化率均随着温度的升高而增大,但高于1 173K时,NH_3的生成率变化不大;精煤在程序升温热解和快速升温热解过程中,生成的NH_3均比原煤少,尾煤在两种热解条件下表现不同。实验证明,浮选改变了NH_3的生成率,而且NH_3的生成率和煤中所含的S及矿物质有关。