小麦秸秆热解产物逸出特性TG-FTIR研究

以小麦秸秆为研究对象,采用热重一傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用技术和分布活化能模型(DAEM),考察升温速率对其热解产物逸出特性的影响,计算热解过程的动力学参数。研究结果表明:随着升温速率的增大,小麦秸秆热解的起始温度和最大失重温度均向高温侧移动,最大失重速率增大,半纤维素热解的肩状峰逐渐出现;热解活化能E介于155~286 kJ/mol之间,指前因子k_0的数量级介于10~(14)~10~(23)之间;热解产物以H_2O、CO_2、CO、CH_4、甲酸和苯酚为主;主要产物的最大吸光度随升温速率的增大而增大,最大吸光温度向高温侧移动。     

废弃柞木段热解特性及其反应动力学研究

以废弃柞木段为研究对象,进行了不同升温速率(5,15,25℃/min)下的热解失重实验以及TG和DTG曲线分析,采用分布活化能模型(DAEM)和一级反应模型研究其反应动力学特性。结果表明,脱水干燥的废弃柞木段热解过程主要分为过渡、挥发分析出和碳化3个阶段,随着升温速率的提高,DTG曲线有向高温侧移动的趋势,不同升温速率下的最大热解速率所对应的温度在360~380℃;采用DAEM得到的主热解阶段活化能为210~260 k J/mol,一级反应模型得到的主热解阶段活化能约为62 k J/mol,两种模型都能够较好地描述废弃柞木段主热解阶段,而DAEM模型更为全面。     

基于分布式活化能模型的污泥热解特性研究

文中通过非等温热重实验,并利用分布式活化能模型,对污泥热解特性与动力学参数随热解温度及升温速率的变化规律进行分析。实验结果表明:污泥热解过程主要分为脱水(室温~205℃)、脱挥发分(205~550℃)及碳类无机物热分解(550~800℃)3个阶段,并随升温速率升高(15、20、50℃/min),挥发分失重速率增大,且热解特征值向高温侧移动;模型计算结果表明:污泥热解活化能分布在70~180 k J/mol之间,随转化率升高,活化能与指前因子均呈先增加再降低的趋势,二者存在一定的补偿效应。     

芦苇热解过程的动力学模型研究

采用热重实验对芦苇的热解特性进行了研究,并采用2种动力学模型对不同升温速率(10、20、30℃/min)下芦苇热解过程进行了动力学研究。实验结果表明,芦苇热解主要分为水分析出阶段(30~120℃)、解聚过程阶段(120~237℃)、挥发分脱除阶段(237~369℃)及无机物和残留有机物的分解阶段(369~682℃),并且随着升温速率的增大,热解温度特征点向高温侧偏移。模型计算结果表明,n级单一反应模型在n=1时拟合程度最高,主要遵循一级反应,活化能分别为30.70、34.60、33.01 k J/mol;分布式活化能模型计算得出的活化能处于30~116 k J/mol之间。通过对比2种模型的计算结果,得出分布式活化能模型能更好地反映芦苇的热解过程。     

炼化废液与褐煤混合物共热解特性及动力学分析

利用热重分析法对炼化废液与褐煤混合物的共热解特性和组分间相互作用进行研究。在升温速率30℃/min条件下,利用Coats-Redfern法求解不同掺混比例的废液固形物与褐煤混合物的热解动力学参数。废液固形物及其与褐煤混合物热解过程可分为三个阶段,而褐煤为两个阶段。随着废液固形物掺混比例的增加,混合物反应活性逐渐升高,TG曲线向低温区偏移且失重程度加剧,挥发分初析温度(t_s)、热解峰温度(t_p)、热解终止温度(t_f)及残留物含量(M_r)减小,最大失重速率(-v_p)、平均失重速率(-v_v)和挥发分综合释放特性指数(D)显著增大。废液固形物与褐煤在共热解过程中存在着一定的相互抑制作用。动力学分析结果表明,热解过程的各个阶段均可用级数反应模型来描述,活化能随温度升高而增大。     

榆林木热重及热解动力学分析

对榆林木采用热重分析,通过不同升温速率(10、30、50、80℃/min)下的热解实验,得到TGDTG曲线,分析榆林木的热解特性,结果表明:将榆林木的热解过程分为干燥脱水、挥发分热解、炭化三个阶段,随着升温速率的增加,挥发分热解温度范围扩大,最大失重率所对应的温度升高;采用Lyon积分算法,得到活化能数值随着热解转化的不同阶段而不同,为78.47~271.58k J/mol,炭化阶段活化能最高,其次是挥发分,最小的是脱水。同时验证了:榆林木的热解反应与阿尼乌斯的一阶单步反应具有良好线性相关度。     

生物油蒸馏残渣热解特性研究

采用TGA Q500热分析仪和傅里叶变换红外光谱仪联用技术,对生物油蒸馏残渣在不同升温速率下的热解动力学特性进行分析研究。结果表明:生物油蒸馏残渣热解可分为小分子物质挥发析出、大分子物质裂解和焦炭产生3个阶段,热解产物主要为水、烷烯烃、CO_2和芳香类物质。在不同升温速率10、20、30℃/min下,热解主要阶段反应级数均为2级,活化能分别为74.19、72.52和69.05 kJ/mol。随着升温速率的增大,热重曲线整体向高温区移动,热解主要阶段活化能逐渐减小。     

城市污泥热解特性及热解过程中Pb、Cd迁移特性

以城市污泥为研究对象,考察了其在不同升温速率下的热解特性、热解反应动力学特征以及重金属Pb和Cd在热解过程中的迁移规律。通过热解失重曲线图得出,污泥的热解过程可分为水分析出阶段、挥发分析出阶段和半焦分解阶段。提高升温速率会导致污泥的失重量减少,挥发分最大失重速率增加。根据Coats-Redfern积分法计算结果得到,挥发分析出的第1阶段和第2阶段的反应级数分别为1和2,且不同升温速率下挥发分析出的第1阶段和第2阶段下的活化能总体上变化不大。通过管式炉热解实验可知,在热解温度为400、500、600和700℃范围内,重金属Pb和Cd的残留率随热解温度的升高均表现为先上升后下降的规律。Cd的残留率在热解温度为500和700℃时分别达到最高(41.64%)和最低(2.92%),而Pb的残留率随温度变化不大,均为93%以上。热解温度为400~500℃,Cd和Pb挥发较少。     

玉米秸秆热解特性及动力学研究

使用热重分析仪在升温速率分别为5、10、20、30、40℃/min的条件下,以玉米秸秆为原料进行热重试验,对其热解特性及动力学进行分析。结果表明:玉米秸秆热解过程大致可分为失水、热解、炭化3个阶段;微商热重(DTG)曲线出现肩峰现象;随着升温速率的增大,热重(TG)曲线向高温区偏移,热解初始和终止温度略有上升,DTG曲线峰值逐渐增大。通过Coats-Redfern法与F-W-O法对比,确定最佳的反应机理为随机成核和随后生长,反应级数n=2/3,分别计算不同升温速率下的反应活化能(E)与指前因子(A),并研究热解过程中的动力学补偿效应,在该实验条件下建立不同升温速率的热解动力学模型。     

城市污泥耦合锯末共热解特性及动力学分析

为实现城市污水污泥与锯末共热解的工业应用,利用热重分析仪对污泥耦合锯末共热解过程进行了实验与理论研究,揭示了锯末添加比例、升温速率对污泥热解特性的影响,并基于Coats-Redfern法,结合20种常见固体热解机理函数确定了污泥耦合锯末共热解过程最优热解动力学模型。结果表明:锯末相比污泥具有更低的表观活化能,最大失重速率是污泥的4倍;锯末的添加使得热重分析(TG)曲线向下偏移,最大失重速率明显增大,挥发份析出特性变强;随着升温速率的增大,固态残渣增加,最大失重速率减小,不利于热解反应的进行;按7∶3比例混合的污泥锯末耦合热解微分热重分析(DTG)曲线峰前(230~350℃)表观活化能为38.81 k J/mol,最优动力学模型为D_5-3D扩散模型;峰后(350~500℃)表观活化能为29.93 k J/mol,最优动力学模型为C~2-化学反应模型。     

生物质锯末快速高温热解气化研究

在对木质生物质在0～20℃/min这类较低升温速率条件下的热解特性研究基础上,采用热重分析法并结合TG、DTG曲线研究了干燥锯末在3种不同升温速率下的热解及动力学特性。并计算出活化能、频率因子,分析高升温速率(30、45℃/min)与低升温速率(10℃/min)对锯末热解气化影响的区别。研究结果表明:锯末热解时的最大失重速率随升温速率的升高而增大,在升温速率为45℃/min时达到最大为25.41%/min。在半纤维素热解占主导的阶段,热解反应机理为一级随机成核和随后成长过程,反应的活化能及频率因子随着升温速率的提高呈现先增大后减小的趋势;在纤维素和木质素热解占主导的阶段,热解反应机理为三维球形对称扩散过程,上述2个参数随着升温速率的提高呈现减小的趋势,且较高的升温速率能显著促进锯末挥发物质的析出。     

猪粪热解特性及其动力学研究

在程序控温热重分析仪上进行了不同升温速率(10,20,30,50℃/min)的猪粪热解失重试验,获得了猪粪热解特性参数;采用分布活化能模型(DAEM)进行动力学分析,计算得到整个热解过程的活化能和频率因子的分布规律。结果表明,猪粪热解过程呈现失水干燥段、热解过渡段、挥发分析出段和碳化段,升温速率对猪粪的热解有一定的影响,表现为随升温速率的升高,DTG曲线向高温侧移动;动力学分析表明,猪粪热解活化能在52~113 kJ/mol变化,低于锯末、稻壳、稻秆、椰壳热解的活化能,说明猪粪较其他生物质易受热分解;同时猪粪热解的活化能和频率因子之间存在动力学补偿关系,但整个热解过程中这种补偿关系呈分段趋势。     

生物质热重实验及动力学分析

采用热重分析方法对黄桷树的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了试样在不同粒度(0.83,0.12,0.075mm)和不同升温速率(10,15,20,25℃/min)下的实验结果。结果表明:样品的失重过程由干燥和初挥发段、升温段、热解段和炭化段4个阶段组成;在升温速率一定的情况下,随着试样粒度的减小,试样在干燥和初挥发段失水明显、热解起始温度降低、有利于热解进行;随着升温速率的升高,各个阶段的起始和终止温度向高温侧偏移,且主反应区间也增加。采用Flynn-Wall-Ozawa对试样热解过程进行了动力学分析研究,得到了表观活化能。     

锡林浩特褐煤热解特性热重分析与DAEM模型分析

采用热重分析法对锡林浩特相同粒度褐煤煤粉热解特性进行了热分析研究。根据实验数据,计算了燃烧反应速度峰值所对应的温度。褐煤粒度相同时,升温速率对最大重量损失速率的影响很大,随着升温速率的增加,TG曲线明显出现陡度减小,最大重量损失速率增大,并且峰值温度有增加的趋势,挥发分析出明显提前,热解结束时间也明显提前,即热解反应更加容易发生;DTG峰值向高温区偏移。从实验数据得到煤热解的活化能分布值显示,锡林浩特褐煤活化能随着失重率的升高而增大,活化能处于230~500 k J/mol范围。     

玉米秸秆和海藻共热解特性研究

为解决陆地生物质资源短缺,开发水生生物质有效替代部分陆地生物质迫在眉睫。通过热重法研究玉米秸秆和海藻共同热解的特性,重点考察掺混比例和升温速率的影响,并对混合样品的热力学特性和动力学特性进行分析。结果显示,热解分为干燥、挥发分析出及焦炭热解三个阶段。掺配后的混合样品最终失重率与最大失重速率均小于纯秸秆与纯海藻。随着海藻掺配比例的增加,可燃性指数Ca先增大后减小,燃尽特性指数K递减,热解特性指数S先增大后减小。不同升温速率工况下,在热解区间（200～600℃）,随着升温速率的升高,样品的热重曲线右移,失重率越来越大,最大失重速率先减小后增大,30℃/min时最小。Ca在递减,K、S呈增加趋势。动力学研究结果表明,不同掺配比例工况下,混合样品存在明显的协同作用,降低了共热解所需活化能。在不同升温速率工况下,升温速率越大,所需要的活化能越小,样品越容易发生热解。     

生物油热解及燃烧特性分析

对由木粉热解所得的生物油样品分别进行了氮气与氧气气氛下不同升温速率的热重分析试验.结果表明:生物油的热解分为两个阶段,第一阶段为生物油中低沸点有机物的挥发以及各组分间反应生成各类产物的过程,第二阶段为各种重组分的裂解过程;生物油的燃烧分为3个阶段,即前期的挥发与裂解和最后焦炭的燃烧过程.提高升温速率使氮气气氛中生物油样品的初始失重温度、失重峰值温度及对应的最大失重速率均有所增大,且在较高升温速率(20℃min)下,较少含炭残余物形成.随升温速率升高,生物油着火温度提高,最终失重率无变化.最后根据热重数据对热解与燃烧各段反应进行了动力学拟合.     

水华蓝藻热解特性及热解动力学研究

采用热重分析研究了水华蓝藻在不同升温速率(5,10,15,20℃/min)下的热解特性。通过等转化率法计算了蓝藻热解的反应活化能,并利用主曲线法判断得出其热解动力学机理函数。结果表明:蓝藻主要的热解阶段发生在170~530℃,随着升温速率提高,最大失重速率升高,而最大失重峰向高温缓慢偏移。当转化率为0.2~0.7时,反应活化能基本保持不变(平均值为169.71 kJ/mol),说明此阶段热解过程能够用单一的机理模型描述。当n=5.3时,实验曲线与标准曲线拟合的线性相关系数R2=1,说明热解反应级数为5.3,计算得到指前因子为7.24×1021s-1,热解反应可以表示为da/dt=3.62×1020exp(-169.71/RT)·(1-α)5.3。     

微藻热解特性及其动力学分析

通过热重分析手段研究了杜氏盐藻在室温至900℃下的热解行为和特性,采用高纯氮气作保护气,升温速率分别为5℃/min、10℃/min、20℃/min和40℃/min.TG、DTG曲线的分析表明,热解过程随温度升高经历3个不同阶段.此外,随着升温速率增大,热解的初始温度和峰值温度均增大,且总失重增加.采用等转化速率法和主曲线法对盐藻热解过程进行动力学分析.结果表明,表观热解反应遵循单一动力学机理模型,反应动力学过程为简单级数反应机理模型Fn.求得热解反应表观平均活化能Ea为146.3 kJ/mol,指前因子A为4.28×1013s-1,指数n为2.4.     

微藻热解特性及动力学分析

利用热重法对裂殖壶藻的热解特性进行分析,升温速率分别为5、10、20、30、40、50℃/min。结果表明:微藻主要失重温度是158~519℃;随着升温速率的增大,主要热解区间的初始温度和最大峰值温度都向高温方向移动,热滞后现象加重。利用等转化率法中的FWO法和Kissinger法求得平均活化能为46.8915 k J/mol。采用主曲线法来确定热解过程的最可几机理函数,热解过程不能由单一的动力学方程描述,这是由于不同升温速率下,热解反应的主要控制因素不同。     

制药污泥的热解特性及动力学研究

采用差热-热重分析法对不同反应条件下的制药污泥热解特性及动力学规律展开研究。结果表明:制药污泥的热解过程经历失水、有机物分解和碳化3个阶段;制药污泥在不同升温速率(5、10和20℃/min)下的TG(热重分析)和DTG(TG的一次微分)曲线的趋势大致相同,但是随着升温速率的增加,TG和DTG曲线向高温区移动。通过FLynnWall-Ozawa法和atava-esták法对污泥主要反应阶段进行热解动力学分析,得出当转化率为0.9时,活化能最大为150.75 kJ/mol;当转化率为0.6时,活化能最小为68.93 k J/mol;污泥的热解反应在280~360℃时的活化能为85.67kJ/mol,最概然机理函数为[-ln(1-α)]~3;在640~700℃时的活化能150.42 kJ/mol,最概然机理函数为(1-α)~(-1)-1。