淮南烟煤热解及焦油析出特性

采用热重-傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用和固定床反应器研究了惰性气氛下不同粒径、升温速率和热解温度条件下淮南烟煤热解特性.热解析出焦油采用柱层析分离成脂肪烃、芳烃、非烃和沥青质,结合气相色谱-质谱(GC-MS)联用分析.结果表明,粒径的增加导致煤热解失重量减少;升温速率的提高使峰值温度和燃尽温度均有所增加;随热解温度升高,半焦产率减小,气体产率增加,焦油产率先增大后减小,温度的升高导致焦油的二次反应,焦油族组成发生变化,脂肪烃和非烃减少,芳烃增加;焦油主要组分包含C16~C30直链烷烃,二环、三环、四环芳烃及其衍生物,以及各种酚类、酯类、喹啉等物质.     

松木屑催化热解及热解油分析

以松木屑为原料,选取无水Na2CO3、无水Al2O3、凹凸棒土、ZSM-5共4类催化剂,利用管式炉实验及色质联用(GC-MS)分析仪进行热解特性研究,探索了热解产物产率和组分特性的变化规律.实验结果表明,松木屑在热解温度为550,℃时,产油率达到最大值51.47%(质量分数);无催化剂条件下松木屑热解油主要成分为酸类化合物,加催化剂条件下松木屑热解油主要成分为酸类和酮类化合物,催化剂的加入主要影响了呋喃类、醇类、糖类和含氮类化合物的质量分数.ZSM-5催化剂的催化性能最佳,其能够提高热解油产率,其对应的热解油中酯类、呋喃类和芳香族类等能够提高热解油品质的化合物质量分数均较高,而糖类、含氮类等化合物质量分数较低,能够提高热解油的稳定性.     

升温速率和水分含量对木屑热解过程和特性的影响

以木屑为研究对象进行热重分析试验,利用TG/DTG曲线分析了木屑热解的基本特性,包括热解区间、最大热解速率对应的温度、不同加热速率和水分含量对热解过程的影响.试验结果表明:木屑的失重过程主要由干燥、预热、挥发分析出和炭化4个阶段组成;随着升温速率的增大,TG和DTG曲线移向高温区,半焦产率降低;水分含量的增大在一定程度上促进了木屑热解反应的进行,使半焦产率升高.     

油棕废弃物热解特性及产物分析

文章采用热分析仪分析了不同升温速率下油棕废弃物的热解特性,并通过Py-GC/MS技术对其热解产物进行了定量分析。分析结果表明:油棕废弃物的热解过程分为脱水、预热解、主要热解和炭化4个阶段;升温速率对油棕废弃物热解的TG曲线影响很大,当热解速率从10℃/min增加到50℃/min时,TG曲线逐渐向右偏移,随着热解速率增大,残余质量增加;在主要热解阶段,失重率为总失重的66%~71%。快速热裂解过程中检测出了115种挥发性物质,根据化学结构的不同,主要分为9类,其中,酸类和烃类化合物的含量占挥发性物质的51.72%,芳香族化合物的种类最多,共有34种,酸类化合物中的脂肪酸均为长链脂肪酸。     

不同温度下木屑热解制备木醋液实验研究

对木屑在不同热解温度下制得的木醋液产率、基本理化性质及其有机成分进行分析。结果表明:随着热解温度的升高,粗木醋液产率增大,精制木醋液产率先升高之后有所降低,在350~450℃内,产率相近,最高可达约25%;精制木醋液密度、pH值随温度变化趋势不明显;总有机酸含量在250℃最高可达13.211%。采用GC-MS对有机成分进行分析,结果表明:各热解温度下所得的精制木醋液主要组分为酸类、酮类和酚类;在该实验条件下,精制木醋液中的酸类化合物在250℃下已大量析出,酮类化合物的种类和相对含量在350℃时已基本稳定,酚类化合物在450℃下基本析出。     

抽提物的去除对生物质热解的影响研究

利用惰性溶剂除去生物质中的可溶抽提物得到相应的抽提残渣,采用FT-IR对抽提残渣和生物质原样进行结构表征,并利用管式炉反应器以10℃/min的升温速率对抽提残渣和生物质原样进行热裂解实验,以了解它们的热裂解产物分布及热解规律。结果表明,抽提物的去除不会改变生物质的基本结构,对其热失重行为的影响也很小。热裂解三相产物中气体产物产率最大,达50%,其主要成分为H2,CO,CO2,CH4以及小分子烃类。与生物质原样相比,抽提残渣中的H2产率上升,而CO产率下降。液相产物中主要是酚类、烷烃类、四氢呋喃类、酮类、酸类、酯类、多环芳香类化合物和少量脱水单糖。其中酚类物质含量最多,超过55%。而且在抽提残渣的焦油产物中,酚类的总量和种类均比生物质原样多,其他类物质产率与生物质原样相比则有所减少。     

生物质玉米芯热解动力学实验研究

以玉米芯为对象,利用热重-质谱联用技术,以高纯氩气为载气对其进行了详细的热重分析研究。通过对10℃/min和30℃/min升温速率及其不同温度下的失重曲线分析,发现玉米芯的主要失重温度区间为200~400℃,峰值温度为328~345℃。随着升温速率的提高,玉米芯热解的初始温度升高,热解向高温侧移动。同时通过质谱分析获得了温度和升温速率对热解气化产物的影响规律。在此基础上建立了热解动力学模型,并根据实验数据对模型进行了求解,结果表明玉米芯热解在低温段属一级反应而在高温段属三级反应。     

生物质热解的TGA-FTIR分析

基于TGA-FTIR联用技术,在线分析研究稻壳、稻秆及麦秆3种典型生物质在不同升温速率下的热解特性.分析生物质种类及升温速率对生物质的热解动力学参数及热解产物的影响.研究表明:由于生物质组成不同,其热失重特性也不同,生物质热解反应的活化能较低,为40～60 kJ·mol-1;红外分析表明试验用生物质热解过程中产物的析出规律相似,热解初始阶段先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,生成各种烃类、醇类、醛类和酸类等物质.随后,这些大分子物质又二次降解为一氧化碳为主的气体产物.     

污泥与木屑共热解特性研究

文章采用污泥、木屑为原料,在氮气气氛下进行热重实验,研究了升温速率和木屑添加量对污泥与木屑共热解特性的影响规律,并进行动力学分析。研究结果表明:随着升温速率的增加,样品挥发分析出阶段向高温方向移动,最大失重速率增加;随着木屑添加量的增加,样品总失重量及最大失重速率均显著增加。动力学分析认为:污泥热解的反应机理为三维扩散,机理函数为Z-L-T函数;污泥与木屑共热解的反应机理为成核和生长,机理函数为Avrami-Erofeev函数。污泥热解活化能为287.29～390.57 kJ/mol,污泥与木屑共热解活化能为170.16～277.05 kJ/mol,木屑的加入降低了污泥的热解活化能。     

黄豆秆两级连续热解特性研究

为优化生物质热解过程,获得更高品质的生物油,利用热裂解仪-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS)对黄豆秆进行两级连续热解研究,并利用热重分析仪(TG)研究黄豆秆在不同升温速率下的失重特性。结果表明:黄豆秆热失重过程主要分为4个阶段,其中200～450℃为主要的热解区间,此阶段内基本完成半纤维素和纤维素的热解。与单级热解相比,两级连续热解能减少组分间的相互作用和产物的二次反应,进而提高总可冷凝挥发性有机产物的产率。250℃和300℃时能提高各类产物的产率,尤其可显著提高酚类和芳香烃类等源于木质素的产物产率;而400℃和450℃时主要提高酸类、呋喃类和环戊烯酮类等源于半纤维素和纤维素的产物的含量和产率,有利于提高生物油的品质和分离利用。     

采用热重与红外光谱联用研究玉米秸秆热解

采用热重与红外光谱联用技术(TG—FTIR),在升温速率为20℃/min下,对玉米秸秆各部分(秸秆皮、秸秆瓤、叶子及苞叶)的热解产物及析出过程进行了实验研究。实验结果表明,玉米秸秆各部分的热解产物主要为CO2、CO、CH4、H2O,同时含有少量的丙酸类物质;秸秆皮和秸秆瓤热解气体的析出呈单峰形状,而叶子和苞叶热解气体的析出呈双峰形状;玉米秸秆各部分的热解最大失重率对应的热解温度约为360～371℃,相差较小;对玉米秸秆的同一部分,主要热解产物的最大失重率对应的热解温度基本相同。     

海藻热解动力学特性研究

选取江蓠、麒麟菜和马尾藻三种海藻为研究对象,进行热解特性研究.在升温速率分别为10℃/min、20℃/min和30℃/min, 反应终温为700℃的条件下,分别对热失重曲线和失重速率曲线进行分析,考察升温速率、反应温度等对海藻热解过程的影响,建立海藻热解的反应动力学模型,计算出江蓠、麒麟菜和马尾藻的平均活化能分别为156.1 kJ·mol-1、75.0 kJ·mol-1和119.6 kJ·mol-1.     

Fe2O3添加对松木屑热解的影响特性分析

为了探究松木屑粉末在不同比例的Fe_2O_3添加下的焦油产率、残炭产率、气体产率和气体组分的变化规律,采用热重和管式加热炉热解的方法对松木屑粉末进行实验研究。实验在N_2气氛保护下,以50℃/min的速率升温,终温分别为350、450、550、650和750℃时研究松木屑粉末的热解变化规律。实验结果表明:随着温度的升高,在无添加下松木屑粉末的焦油产率和气体产率逐渐升高,而残炭产率有所下降。分析气体组分变化可知,随着温度的升高CO_2下降趋势较为明显,CO与C_nH_m基本保持不变,CH_4与H_2出现明显上升。添加Fe_2O_3可以有效降低松木屑粉末的焦油产率、残炭产率,提升气体产率,原料中Fe_2O_3比例越高效果越明显。添加15%Fe_2O_3在750℃时的焦油产率相比于纯松木屑热解降低4.25%,气体产率提升8.57%,此时的H_2产率为44.42 L/kg,表明Fe_2O_3具有良好的催化效果。     

基于TG-FTIR的生物油重质组分热解特性研究

和用热重红外技术在线分析了3种生物油重质组分模型化合物(丁香酚、3,4.二甲氧基苯甲醛、左旋葡聚糖)在10,20,30℃C/min升温速率下的热解特性.热重试验结果表明:酚类物质最易热解,其次是醛类物质,再次是糖类物质;提高升温速率有利于热解反应的进行,但对最终失重量无影响.红外检测数据表明:左旋葡聚糖的热解分为两段,前段主要为脱水反应,生成醛等小分子物质,后段遵循醛类物质热解的机理,主要产物为小分子的不饱和烃类和CO_2,并伴随有少量的醚和H_2O生成.     

杨木屑热解过程及动力学研究

运用热重分析法研究了氮气下杨木屑的热解过程.在不同的升温速度(5、15、30℃/min)下,对热解TG、DTG、DSC曲线分析,得出杨木屑热解分干燥、预热解、热解和煅烧4个阶段,并且热解随着升温速度的提高出现了热滞后现象.最后通过比较1、1.5、2、3级反应动力学模型,确定1级反应为杨木屑热解的动力学模型,并求出了热解反应的活化能和频率因子.     

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.     

市政污泥与木屑共热解特性及动力学分析

采用热重分析法对市政污泥、木屑及其不同比例的混合样品热解特性进行了分析,研究了升温速率和混合比例对热解过程的影响。对污泥和木屑进行单独热解时,木屑比污泥的反应活性更高;随着升温速率的增大,二者的挥发分析出指数D均有增大,但升温速率对污泥挥发分析出的影响更大;污泥与木屑共热解改善了污泥热解过程的综合热解释放特性,有利于热解反应的进行;随木屑添加比例的增加D值呈指数增长,在木屑添加比例为80%时,D达到最大值118.18×10-8,但仍低于理论值141.67×10-8,说明存在竞争作用。文章采用FWO(Flynn-Wall-Ozawa)和Starink方法,分别计算木屑添加比例为80%的共热解表观活化能。当转化程度α为0.1～0.8时活化能变化较小,α为0.9时活化能分别突增到761.64,786.12 kJ/mol。这说明共热解过程可分为150～520℃和520～1 000℃两个温度阶段,与污泥单独热解相比,降低了转化率达到90%时的终温。     

利用快速升温大尺寸热重分析对松木热解特性的研究

设计搭建了能实现快速升温功能的大尺寸热重分析(macro thermo-gravimetric analyzer,macro-TGA)实验台,对大尺寸松木样品的热解特性进行了研究.该实验台可以对大尺寸样品(1～40 mm)热解过程的质量、温度信号进行在线测量,有快速升温和匀速升温两种工作模式,其中快速升温模式瞬时升温速率可达2 500℃/min,匀速升温模式升温速率可设定为1～40℃/min.实验结果表明,快速升温模式下热解目标温度为700℃时,5 mm样品热解反应达到80%转化率用时小于2 min,远小于20℃/min匀速升温工况时的9 min.对于尺寸小于10 mm的样品,其热解过程由反应动力学控制,对于尺寸大于20 mm的样品,热解由样品内部的传热控制.采用单组分一步全阶段一阶反应模型对5 mm样品的热解动力学参数进行了求解,结果表明,随着目标温度的上升,样品热解活化能下降,反应活性上升.     

氢氧化钾催化木屑热解特性影响研究

为了考察钾盐催化剂对生物质热解特性的影响,实验以木屑为原料,采用浸渍方法加入不同质量KOH,干燥和粉碎后进行热重和热解实验。实验中使用热重分析仪对样品进行热重实验,采用Starink法进行动力学分析,使用自行搭建的固定床热解炉研究热解温度和KOH添加量对木屑热解的影响。热重结果表明,加入KOH后热解温度降低,改变了木屑热解路径,降低了热解失重速率。动力学分析结果表明,加入KOH后使木屑主要热解区间表观活化能降低。热解实验结果表明,加入KOH后,木屑热解产物中热解油产率降低,热解合成气和半焦产率增加。热解产物经分析发现,加入KOH后,热解合成气中氢气含量显著增加,热解油品质有所改善,低KOH添加量对半焦孔隙结构影响较小,高KOH添加量使半焦的孔隙更加发达。     

锡林浩特煤热解特性的TG/DTG分析研究

采用TGA/SDTA85le型热重/同步差热分析仪研究了锡林浩特煤(XLHT)的热解特性,考察了不同的热解温度、升温速率以及颗粒粒度对锡林浩特煤热解特性的影响,研究表明:随热解温度的升高,XLHT挥发分析出增加,当热解温度达到850℃以上时,挥发分析出量基本不变;随煤样颗粒粒度的减小,XLHT热解最大失重率减小;随着升温速率的提高,煤热解的最大失重速率随之提高,但最终失重量主要由热解终温决定,升温速率对其影响不大。