垃圾衍生燃料掺混污泥共热解特性及动力学分析

利用热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了垃圾衍生燃料(RDF)、污泥及混合热解的反应动力学和气体产物析出特性。研究结果表明,RDF与污泥混合热解过程存在协同作用。当污泥的掺混比例为50%时,整个热解过程表现为促进作用,且在500~1000℃温度段的促进效果最为明显。采用Coats-Redfern法对热解过程进行动力学分析发现,RDF与污泥混合热解反应在低温段(240~380℃)和高温段(670~740℃)符合2级反应规律,而在中温段(430~540℃)符合1级反应规律;相对于RDF单独热解,RDF掺混污泥共热解的活化能明显降低。FTIR分析发现,RDF掺混污泥共热解对CO_2和CO的析出影响不大,对CH_4的产生有明显促进作用。同时,共热解也导致HCl、NH_3和HCN等污染物析出增加。本研究结果可为RDF和污泥共热解工艺的开发与设计提供数据支撑。     

油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性

为研究油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性,在热重-红外-质谱三联机上对国内有代表性的4个地区(FS、HD、MM和NM)油页岩以20℃·min^-1的升温速率进行了热解实验研究,考察了H₂、H₂O、CO、CO₂、CH₄和C_nH_m 6种轻质气体的析出速率和累积产量随温度变化的规律。实验结果表明:油页岩轻质气体析出的温度范围在180～540℃;H₂、CH₄和C_nH_m的析出速率曲线大致相似,呈高斯分布,CO和CO₂的析出速率则是先缓慢增加随后快速增加,达到最大值后又快速下降,直到析出结束,H₂O的析出速率相对比较复杂,油页岩的内水、矿物质的结晶水和热解水在3个阶段析出,析出速率都是先增大,达到最大值而后减小。     

油页岩微波热解气态产物析出特性

利用微波化学试验装置研究了油页岩微波热解过程中挥发分析出特性, 考察了微波功率、热解温度、不同热解温度阶段和催化剂对气体组成的影响。结果表明:微波加热能够提高油页岩热解气中H₂、CO和C₂H₄的析出, 降低CO₂的析出;50%(1600W)微波功率时烃类的析出量最大;在150~350℃的低温阶段热解气的析出量大, 主要由吸附气体的释放, 不稳定支链和基团的分解产生;温度升高, 气态产物的析出主要由脱氢、芳构化、缩聚和自由基反应产生。催化剂促进了气体的析出, 但不同类型催化剂对油页岩热解气组成的影响不同, 分子筛的吸附作用促进二次分解和缩聚反应;黏土类催化剂在质子酸作用下促进有机质催化裂解加氢反应, 加快断链和基团的稳定;金属类催化剂是强吸波性介质, 能够提高升温速率, 促进热解反应, 其次促进氢自由基的产生和转移。     

新疆托里油砂分段热解机理

在热重分析仪中考察了不同升温速率下油砂的热解特性,结果表明:油砂样品失重过程分为少量气体脱附、低温热解、主要热解、半焦缩聚4个阶段。通过微型固定床与在线质谱耦合测得的气体释放顺序为CO₂、CO、C₂H₆、CH₄和H₂,所对应的初释温度分别为155、178、146、174、354℃。结合核磁和红外对不同温度段液固产物的化学结构进行分析,发现350℃前主要是油砂中轻质油脱附,还包括羧基和烷基侧链的断裂,轻质油品中芳碳率达7.92%;350～520℃之间为油砂的主要热解阶段,油砂油结构中芳碳率为23.51%。据Coats-Redfern法计算得到油砂低温热解和主要热解段的活化能分别为27.63和90.30 kJ·mol^-1,说明开环与裂解反应所需活化能大于油砂油脱附、羧基分解和弱键断裂反应的活化能,揭示了分段热解机理。     

不同温度区间内污泥热解气固相产物特征

对城市污水污泥（简称污泥）进行工业分析和热重分析,考察污泥的基本组成和热重特性;采用气相色谱（GC）检测了不同热解温度区间内污泥热解生成的气体产物成分,并利用SEM和BET分别分析了不同热解终温下裂解炭的形貌特征和比表面积。结果表明：污泥热解可以分为水分析出阶段、挥发分析出阶段和焦炭化阶段;不同热解温度区间内污泥热解气体产物的组成有很大差别,热解温度350℃后H₂在热解气中的含量快速增加,CH₄含量在350～450℃时达到最大值,而CO主要在热解温度为350～750℃时生成,CO₂含量随着热解温度的增加迅速下降;随着热解终温的不断升高,裂解炭结构变得越来越疏松,比表面积也随之增大,750℃达到最大值55 m²·g^-1。     

TG-MS联用技术研究木薯渣热化学特性

采用热重分析法和热重质谱联用技术并结合FTIR光谱考察了木薯渣的热化学特性,同时研究了厌氧处理的木薯渣和未经厌氧处理的木薯渣的热失量和气态产物的析出行为,结果表明厌氧处理的木薯渣和未经厌氧处理的木薯渣热解都可以分为3个阶段:水析出阶段(25~200 ℃)、挥发分析出阶段(200~600 ℃)和无机物的分解阶段(600~1 000 ℃),但未经厌氧处理的木薯渣在热解主体阶段有机质释放量高。利用TG-MS联用技术考察了2种原料的热解特性,发现两种木薯渣热解主要析出的气体要是H₂、H₂O、CO、CH₄和CO₂等,且气体生成曲线趋势类似。同时研究不同升温速率和粒径对木薯渣热解过程和氢气产物析出行为的影响,表明升温速率增加,H₂的产率在高温区增加,粒径增大有利于氢气的生成。根据Coats-Redfern积分法计算结果,木薯渣热解主体阶段的可用一级动力学方程描述,升温速率对木薯渣热解的活化能影响不大。     

印尼油砂热重红外及基于AKTS动力学分析

通过热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和质谱仪对印尼油砂的热解过程和热解产物进行了探究,基于不同升温速率下的TG-DTG曲线,将热解过程分为两个阶段,即热解低碳化合物析出段和无机物高温受热分解段。升温速率相同时,YN₂油砂比YN1油砂挥发分析出的温度低。油砂热解产物是由脂肪烃、芳香烃、含氧官能团和羟基等组成的混合物,利用傅里叶红外光谱仪探究印尼油砂在不同升温速率下气体产物H₂O、CO₂、CO、CH₄、C_nH_m等的析出特性,气态烃类、含氧有机物等有机气体是由羰基和羧基以及甲氧基、亚甲基、甲基在热解低温段受热分解产生的,根据质谱图,确定了各个时刻逸出气体的种类和产量。利用AKTS软件基于F-W-O和Kissinger模型计算了油砂脱挥发分的热解动力学参数,计算结果表明,在相同的转化率下,不同升温速率的活化能呈线性分布,YN1的活化能高于YN₂的活化能。     

垃圾衍生燃料在水泥窑分解炉内的减氮效应

将垃圾衍生燃料(RDF)作为替代燃料投加到水泥窑炉内进行高温焚烧，是水泥工业降低熟料生产过程中化石燃料消耗的主要技术手段之一。本文在管式炉中研究了粒径和助燃空气温度这两个因素对RDF热解燃烧气体组分的影响，并利用CFD软件模拟了RDF在分解炉内的减氮效应。研究结果表明：对不同粒径的RDF颗粒，总体上呈现出热解燃烧气体中CO、C_mH_n和H₂还原性小分子气体浓度随着助燃空气温度的升高而增加。基于华新某工厂的运行工况进行了CFD模拟计算，当RDF的粒径分布取<50 mm(占80%)，三次风温度为900℃时，过剩空气系数取1.2，燃烧室出口NO_x浓度小于280 ppm，减氮效果明显，与实际情况一致。     

高硫石油焦热解过程及硫形态的变化特性

在管式炉实验装置上进行不同温度高硫石油焦N₂气氛热解实验,并利用X射线光电子能谱分析（XPS）技术进行表征,深入分析高硫石油焦热解过程中硫形态变化特性,同时采用热重-红外联用（TG-FTIR）技术深入分析热解过程。热重分析结果表明,高硫石油焦热解经历了干燥脱水阶段,长链脂肪烃、稠环芳香烃等组分分解阶段,在430℃和635℃失重速率达到最大形成失重峰。红外分析结果表明,高硫石油焦热解释放气体主要包括CO₂、CH₄、H₂O、SO₂、芳烃化合物和脂肪族化合物等,并且在不同温度区间释放气体组成有着巨大的差异。XPS分析结果表明,高硫石油焦表面硫含量及存在形态与热解温度紧密关联,随着热解温度的不断升高,高硫石油焦表面硫含量在700℃达到最大值,不同硫形态之间发生相互转化。     

Fe2O3对甘氨酸热解特性及氮转化的影响

选用污泥中典型氨基酸-甘氨酸（Gly）为研究对象,利用差式热值分析-质谱联用技术（DSC-MS）和固定床实验研究了Fe₂O₃对甘氨酸热解特性、NO _x 前驱物生成规律以及氮转化特性的影响。结果表明：热解特性实验中,由于Fe₂O₃将Gly的第一热失重阶段一分为二,导致其热解过程由2个阶段增至3个;Fe₂O₃使Gly热解起始温度及气体析出温度降低50℃,并通过促进半焦的二次裂解反应使Gly失重率增加23%。与Fe₂O₃对Gly热解过程的影响一致,Fe₂O₃将含N气体析出过程同样分成3个独立的阶段。固定床实验中,在Fe₂O₃/N=0.5时,Fe₂O₃最大程度地抑制了NO _x 前驱物（NH₃和HCN）析出,使其减少30%。由于Fe₂O₃促进肽脱水缩合、环化和芳香化反应,使得更多P-N、N-5和N-6固定在半焦中,半焦氮残留率增加5%。     

污水污泥气化焦油热解特性的研究

利用热重分析方法,对由5种不同性质污泥在气化温度600℃、700℃和800℃下进行外热上吸式固定床空气气化时制得的9种污泥气化焦油的热解特性进行了研究.结果表明:9种气化焦油热解时均分为3个阶段,分别是水和低沸点有机物的挥发、有机物挥发分解以及残余物分解.污泥厌氧消化和污水处理工艺中的厌氧过程均使800℃下制得的气化焦油中低分子有机物含量增加,但对第二阶段挥发的轻质及重质非极性有机物总含量的影响很小,且使气化焦油的热解特性变差.气化温度对未消化污泥气化焦油热解时第一和第二阶段失重率的影响变化规律与消化污泥气化焦油的不同,且气化焦油的热解特性优于污泥热解焦油.热解动力学研究表明,9种气化焦油热解机理函数彼此不完全相同,且热解活化能均较低,具有良好的热解特性.     

基于Py-GC/MS的污泥含碳、氧官能团热解演化过程研究

基于裂解-气相色谱/质谱联用技术（Py-GC/MS）,分析了污泥中主要含碳和含氧官能团在不同温度条件下的热解演变规律和热化学转化路径。结果表明,污泥中主要含碳和含氧官能团为碳碳双键（C=C）、羧基（COOH）、羟基（-OH）、醛基（-CHO）和苯环（π-π^*）。温度对官能团裂解演变的影响较大,低温热解阶段（＜350℃）,温度升高导致产物中-COOH含量降幅最大,约降低33%;中温热解阶段（350～550℃）,产物中C=C、-OH、-CHO和π-π^*生成量显著增加,而-COOH呈下降趋势,但其所占质量比仍最高;在高温热解阶段（>550℃）,由于脂肪烃分子化学活性增强,主要发生以脱水、脱羧、脱羰和羟醛缩合等为主的芳香化缩聚反应,同时由于污泥中的蛋白质、纤维素等大分子热解使得π-π^*成为产物中主要官能团。根据各个官能团热解演变规律,提出了污泥含碳、含氧官能团热解演变反应路径。     

蔗渣碱木素的热裂解特性

利用热重分析法研究了蔗渣碱木素的热解特性,并利用TG-FTIR和Py-GCMS对碱木素的热解产物种类及分布规律进行了分析。结果表明,木素热解呈现宽温度区域,可分为4个阶段,主要裂解温度范围为200～500℃,在400℃左右失重率最大,残余物得率较高。TG-FTIR分析显示了木素热解过程中气体产物的释放规律,300～500℃为主要热解挥发阶段,大部分气体产物在400℃左右产率达到最大。Py-GCMS分析表明,木素的热解产物大致可分为杂环、苯类芳香族、酚类芳香族、酯和酸等化合物,在主要热分解阶段,随着热解温度的升高,苯类和酚类芳香族化合物的含量增多,600℃时酚类物质的含量最高。     

Formation of HCN and NH3 during coal macerals pyrolysis and gasification with CO2

Three coal macerals with high purities were separated from Pingshuo gas coal. The formation rules of HCN and NH₃ during macerals pyrolysis and gasification were investigated. Experiments were carried out in a tubular quartz reactor at atmospheric pressure. The reactor allowed coal particles to be heated up rapidly and held for a prespecified period of time at a peak temperature. The amount of HCN and NH₃ were quantified by ion chromatography. The influence of temperature and macerals type on the formation rules of HCN and NH₃ was discussed. Results showed that the formation of HCN was mainly due to the thermal cracking of volatile, and NH₃ formed both from the thermal cracking of volatile and the cracking of nascent char. The HCN yield increased with an increase in pyrolysis temperature. For three coal macerals (liptinite, vitrinite and inertinite), the yield of HCN depended not only on their volatile contents but also nitrogen-containing functional groups, in which more pyrrole-type nitrogens would form more amount of HCN at lower temperature. The yield of NH₃ depended on the ability of forming ‘H’ radical. Under the experiment condition in this study, inertinite could convert more nitrogen into NH₃ than vitrinite and liptinite. The yield of HCN during gasification was almost the same as that during pyrolysis, the yield of NH₃ during gasification was little higher than that during pyrolysis.     

大庆罐底油泥热解特性及污染物释放特性

大庆罐底油泥属于高含油污泥,资源回收潜力大,同时具有黏度大、黏结性强、成分复杂、自然沉降慢等特性。本文对大庆油田高含油污泥的热解特性及污染物释放特性进行研究,分别测试了不同热解终温和升温速率下气/液/渣三相产品的品质和成分。结果表明,热解气中C₂H₄的释放量明显高于其余气体。CO₂气体仅在700℃处出现一个峰值,H₂在700℃之前释放量偏低,在700~800℃之间大量释放;热解终温和升温速率的增加会导致热解油低链烃类的大量生成,中链烃类呈现先增加后降低的趋势;热解终温会对固相产物中的SiO₂和CaCO₃产生一定的影响,而升温速率对固相产物几乎无影响。采用在线烟气分析仪测试了气相产物中的N、S、Cl小分子污染物的释放特性。HCN、NH₃在600℃时向NO_x转化;600℃以下绝大部分含氯化合物会发生释放;含硫污染物成双峰释放,600℃以上的峰主要源于硫酸盐的分解。     

包埋尿素的葡甘聚糖/黄原胶复合凝胶的制备及其释放特性

尿素的高效利用一直是环保型农业的一个非常重要的研究课题。本工作利用两种天然多糖魔芋葡甘聚糖（KGM）与黄原胶（XG）在形成凝胶过程中的协同作用以及简单的包埋工艺,制备了包埋尿素的KGM/XG复合凝胶,并系统地研究了不同组成的复合凝胶在不同温度和pH环境中尿素的释放特性。结果表明,不同组成的包埋尿素的复合干凝胶在中性水介质中的尿素释放行为表现出3个具有不同特征的阶段。在释放的初期,释放速率较快,尿素的累积释放率随时间显著上升;在第二阶段,尿素的释放与包埋达到基本平衡,期间尿素的累积释放率无明显增加;在释放时间达22～24 h后,进入第三阶段,溶胀的复合凝胶出现崩解,释放速率再度加快,并在32～45 h后达到释放平衡。各阶段的持续时间与复合凝胶的载药量、m_KGM/m_XG和介质的温度有关。介质的pH相似文献   

甘肃油页岩红外光谱分析及热解特性

基于热重分析仪（TG）、傅里叶变换红外光谱分析仪（FTIR）和质谱分析仪（MS）三机联用对甘肃油页岩进行光谱和热解实验。通过分析光谱谱图,得到了样品中的化学成分和化学结构的相关信息。结果表明,其化学结构的特征在于相对较高量的脂肪族基团。在TG/FTIR/MS三联机上研究了甘肃油页岩的热解特性,实验结果表明：整个热解过程主要有两个阶段,即低温段和高温段。大部分的热解行为发生在低温段（400～600℃）,此阶段里油页岩的失重量占总失重量的70%,可挥发物质迅速热解,热解产生的气体有H2、H2O、CO2、CH4、CO、轻质烃等。而在高温段（600～850℃）的热解气体产率很小,失重量只占总重量的2.167%。这个阶段主要是含碳酸盐的矿物质分解而产生一定量的气体。本文主要研究两个热解阶段产生的气体。对产生气体的种类、时间和产生机理进行了研究,并得出热解的化学反应动力学参数。     

煤快速热解固相和气相产物生成规律

利用能有效避免二次转化反应的高频炉热解装置对3种不同变质程度的煤进行了600～1200℃条件下的快速热解,考察了在煤热解最初阶段焦产率、焦-C产率、热解气产率、热解气4种主要组分H₂、CO、CH₄和CO₂的比例以及热解气热值随煤阶和热解温度的变化规律。结果表明,焦的产率和焦-C的产率均随煤阶的升高而升高,热解气的产率随煤阶的升高而降低;热解温度的提高能显著降低煤焦和焦-C的产率并提高热解气的产率。热解气组分以H₂相似文献   

臭氧降解水中邻苯二甲酸二甲酯的效能及动力学

利用臭氧降解含较高浓度邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的模拟废水,考察了pH、DMP初始浓度、臭氧投加量和温度对臭氧降解DMP效果的影响,并对臭氧降解DMP的效能及动力学进行了研究。结果表明,pH为5～10时DMP的降解效果较好;DMP初始浓度越大,DMP降解率越小,但DMP降解量增加;臭氧投加量的增加有利于DMP降解,但臭氧利用效率降低;温度低时,升高温度DMP降解率增大,24℃后提高温度对DMP降解率影响不大。在pH为5～10、DMP初始浓度为14～66 mg·L^-1、O₃投加量为14～24 mg·min^-1、20～30℃条件下反应40 min,DMP降解率达85%以上。在实验条件范围内,臭氧降解DMP符合拟一级动力学,建立了幂指数表达的动力学模型。在pH为2～12范围内,因臭氧反应机理不同,表观动力学常数k_obs与pH不呈线性关系,pH为2～5时,k_obs快速增加,pH为5～9时,k_obs缓慢增加,pH大于9时k_obs反而降低,pH为9时k_obs最大,为0.0929 min^-1。     

碱金属对煤热解和气化反应速率的影响

通过对原煤、酸洗原煤、负载碱金属的酸洗原煤在800～1050℃热解制得焦样,用X射线衍射技术考察了碱金属对煤焦微晶结构的影响,在加压热天平（PTGA）上考察了煤样的热解过程,以及焦样的二氧化碳气化活性。结果表明：碱金属对煤的热解和气化阶段都有影响。在热解阶段,碱金属的存在抑制了煤焦的石墨化进程,降低了热解反应活化能,促进了热解反应的进行;在气化阶段,作为催化剂的碱金属,降低了气化反应活化能,延长了反应速率达到最大值的时间。修正的随机孔模型可以较好地描述煤焦-CO₂的气化反应过程。