储运含油污泥慢速热解特性分析

采用精确控温的固定床反应装置研究了罐底油泥和清罐油泥在不同升温速率下热解产物特性。结果发现当升温速率为5℃·min~(-1)和2℃·min~(-1)时,两种油泥样品的油品回收率均高于65%。提高升温速率有利于促进气相产物的生成,同时得到的油相产物中环状有机物含量提高而链状有机物含量减少,这说明提高升温速率有助于C—H键断裂和环化反应的发生。借助于TG分析和Doyle方程得到两种油泥的热解反应动力学参数。发现随着升温速率加快,表观反应活化能增大了20%~37%。     

生活垃圾主要组分在回转窑内不同热解阶段的传热特性

采用外热式回转窑,对生活垃圾主要组分[纸类、织物、生物质类(含厨余)]及除去惰性成分的垃圾在不同的升温速率和不同转速下热解过程中的传热特性进行研究,获得物料和内壁面之间的表观传热系数.根据相近升温速率下热重分析结果将热解过程分为干燥阶段、热解预备阶段、剧烈热解阶段以及热解完成阶段4个阶段.研究结果表明:在干燥阶段的表观传热系数最大,并随着温度升高而迅速减小,到水分蒸发完、进入热解预备阶段时降至最低.在热解预备阶段的升温过程中,各物料表观传热系数随温度升高基本不变,具备最低稳定传热系数特征;在剧烈热解阶段,表观传热系数随温度升高而逐渐增大;在热解完成阶段,表观传热系数再次减小.回转窑转速和升温速率对表观传热系数的影响复杂,对不同物料的影响也不相同.总体上在较低的加热速率(22±2)℃·min^-1条件下,更高的回转窑转速(3 r·min^-1)对干燥末段和热解预备阶段的传热有抑制效果;当升温速率增加到(32±2)℃·min^-1时,各种物料在对应热解段的表观传热系数均有增大的趋势,且热解总时间缩短;除生物质外,转速越高,在热解的不同阶段表观传热系数越大,在3 r·min^-1条件下热解预备阶段消失.本研究为回转窑热解反应器的针对性设计提供参考.     

煤沥青球的氧化不熔化过程特性

氧化不熔化过程是煤沥青基球状活性炭制备中的核心工艺,对其过程特性和动力学机理的认识是实现氧化过程工艺优化的关键。本文以煤沥青萃取球为原料,通过实验研究,重点探讨了粒径范围、升温速率和氧化温度对其氧化不熔化过程的影响,并确定氧化动力学参数及其反应机理函数。结果表明：氧化不熔化过程可分为轻组分热解、初步氧化、氧化增重和恒温氧化失重4个阶段。煤沥青球经过氧化不熔化后,C、H含量减少,O含量增加,表面光滑平整。减小粒径并选取合适的升温速率（0.25～0.5℃·min^-1）以及氧化温度（275～325℃）,更有利于氧化不熔化快速稳定地进行。粒径范围为0.3～0.6 mm的煤沥青球在升温速率为0.5℃·min^-1、氧化温度为300℃的条件下活化能最小,各个阶段的值分别为83.34、293.19、302.25和357.05 kJ·mol^-1。     

基于热重-红外联用技术分析油酸的热解特性及动力学分析

利用热重红外联动技术（TG-DTG-FTIR）研究了橡胶籽油中的单不饱和游离脂肪酸油酸组分在不同升温速率（5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min）下的热解特性。然后,用多元线性回归法对油酸非等温热解所得到的特性参数进行研究并计算,求得不同升温速率下对应的反应级数、活化能和指前因子,并对不同升温速率下油酸热解反应活化能和指数前因子作线性拟合。结果表明：油酸热解过程主要可分为0～268℃和268～300℃两个阶段,由红外谱图特征峰的分析可知,不同升温速率下,在油酸热解的阶段内均出现了水蒸气、CH₄、CO₂和CO这4种主要气体挥发分。随着升温速率的增大,油酸热解的最大失重速率随之增大,热解区间也向着高温段移动,同时计算在升温速率从5～30℃/min的过程中,反应级数n=1时,热解反应活化能由105.57kJ/mol降低至93.99kJ/mol,指数前因子由6.99×10⁶降低至6.7×10⁵;n≠1时,热解反应活化能由102.45kJ/mol降低至93.38kJ/mol,指数前因子由3.13×10⁶降低至2.97×10⁴,反应活化能和指数前因子随升温速率的增大出现明显减小。通过对不同升温速率下油酸热解反应的活化能和指数前因子进行线性拟合后发现,两者间具有较好的补偿效应。     

调控炭化过程优化煤基硬炭负极储钠性能

我国煤炭资源丰富多样、价格低廉、分布广泛,将煤转化为新材料,是提高其附加价值和技术含量的有效途径。煤含碳量高、芳环结构丰富,热解炭化可制备钠离子电池硬炭负极材料。以新疆烟煤为碳源,采用低温热解复合高温炭化的两步过程,并调控相应工艺条件,研究了烟煤中间相的发展过程对硬炭结构及其储钠行为的影响。经研究发现,改变低温热解的温度区间、载气流速和升温速率,可以调节胶质体生成阶段内的分解和解聚反应,调节挥发分生成和逸出以及胶质体固化等过程进行的程度,从而调控硬炭的比表面积和石墨化程度等。在温度区间为350~550℃、载气流速为60 ml·min^-1、升温速率为1℃·min^-1条件下,炭化得到的硬炭负极可逆比容量和首周库仑效率最佳,在0.02 A·g^-1的电流密度下分别达到314.3 mA·h·g^-1和82.8%,良好的性能归因于煤基硬炭材料中有序结构和缺陷结构的协调和平衡。     

二甲醚羰基化催化剂的烧炭再生

以水热合成的H-MOR分子筛催化剂,通过对二甲醚羰基化反应失活后催化剂进行再生,考察了不同再生气体、再生温度、O₂体积分数、烧炭升温速率等条件,烧炭后催化剂上二甲醚羰基化活性性能。TPO表征结果表明：反应后H-MOR分子筛上有两种不同性质的积炭。积炭催化剂在3%（体积） O₂/N₂气氛中,从室温以2℃·min^-1升温至320℃恒温一段时间,然后以相同速率升温至550℃进行烧炭,再生催化剂活性几乎完全恢复。NH₃-TPD和BET表征结果表明,再生催化剂活性得以恢复是因为优化了烧炭方案,分子筛表面积炭能够被烧除干净同时分子筛孔道不被破坏。     

藻渣热解特性及动力学分析

通过热重实验研究N₂气氛下升温速率对索氏提脂后的小球藻热解特性的影响,利用管式炉在N₂气氛下快速热解实验得出：在400℃时,小球藻热解转化率最高,生物油产率达57.6%,热解气为10%。采用等转化率方法FWO和KAS法对藻渣热解动力学进行分析和比较,结果表明：藻渣热解的主要热解阶段为25～800℃,可分为3个阶段,藻渣的DTG曲线存在两个失重峰,且随着升温速率提高,TG和DTG曲线都向高温区偏移,最大失重速率和残余固体质量都增加。N₂气氛条件下藻渣的主要热解阶段表观活化能和指前因子分别为228.46 kJ/mol和2.49×10²¹ min^-1,此阶段下FWO法和KAS法均能很好模拟藻渣热解数据,线性拟合相关系数(R²)均在0.96以上,最佳热解函数为dα/dT=2.49×10²¹/β exp(-228.46/(RT))(1-α)⁸。     

大河矿树皮残植煤热解特性及焦油组成研究

采用固定床热解及TG/DTG分析研究了晚二叠世龙潭组树皮煤热解过程中不同热解因素与产物组成的相关性,利用GC/MS系统研究了树皮体含量为40%的大河矿树皮煤和黄陵气煤低温热解焦油(530℃)组分的差异。结果表明,树皮煤热解产物组成与热解终温显著相关,与保温时间和升温速率的相关性较小,在530℃、60 min、8℃/min条件下热解焦油产率最大,该焦油主要由烷烃、萘、苯、芳烃和酚等45种有机物组成,分子中含9～16个碳的有机物含量占78.05%。同条件下,与黄陵气煤热解焦油相比,其高分子有机物和含氧有机物含量显著降低。两种焦油中碳数≤16的有机物含量分别为90.042%,77.924%,表明低阶煤低温焦油以轻质油为主,树皮体含量高有助于提高轻质油产量。     

大河矿树皮残植煤热解特性及焦油组成研究

采用固定床热解及TG/DTG分析研究了晚二叠世龙潭组树皮煤热解过程中不同热解因素与产物组成的相关性,利用GC/MS系统研究了树皮体含量为40%的大河矿树皮煤和黄陵气煤低温热解焦油(530℃)组分的差异。结果表明,树皮煤热解产物组成与热解终温显著相关,与保温时间和升温速率的相关性较小,在530℃、60 min、8℃/min条件下热解焦油产率最大,该焦油主要由烷烃、萘、苯、芳烃和酚等45种有机物组成,分子中含9～16个碳的有机物含量占78.05%。同条件下,与黄陵气煤热解焦油相比,其高分子有机物和含氧有机物含量显著降低。两种焦油中碳数≤16的有机物含量分别为90.042%,77.924%,表明低阶煤低温焦油以轻质油为主,树皮体含量高有助于提高轻质油产量。     

阻燃HIPS塑料热解动力学模型

采用热重法进行了含阻燃添加剂的高抗冲聚苯乙烯塑料（flame retarded high impact polystyrene,Br-Sb-HIPS）在不同升温速率下的热解实验,建立了包含3个连续反应的阻燃HIPS热解动力学模型。通过Flynn-Wall-Ozawa法得到阻燃HIPS热解过程的活化能为103～307 kJ·mol^-1,利用多元非线性无约束最优化方法求得模型参数。研究表明,Br-Sb-HIPS 3个反应的活化能和指前因子分别为191.632、213.263、238.331 kJ·mol^-1和11.641、12.772、11.666 min^-1。动力学模型能够很好地预测阻燃HIPS热解过程。     

油页岩热解的FG-DVC模型

为研究油页岩结构与热解反应性之间的关系,在TG-FTIR分析仪上对甘肃油页岩在不同升温速率条件下（5、20、50℃·min^-1）进行了热解实验研究,对CH₄、CO、CO₂、H₂O和页岩油进行了定量分析,并采用非线性最小二乘拟合方法求解各组分析出的动力学参数,同时采用基于燃料化学结构的FG-DVC模型对各组分的析出过程进行了模拟。结果表明：油页岩的脱挥发分过程主要发生在200～600℃之间;油页岩中有机质所含官能团以脂肪烃为主;由于各官能团活性不同,导致气态产物的析出有先后顺序;由非线性最小二乘拟合方法获得的各种产物析出的活化能E分布在188～239 kJ·mol^-1之间,而指前因子A在10⁹～10¹³ s^-1之间;各产物的FG-DVC模拟结果与实验数据较为相符,这说明用FG-DVC模型来描述甘肃油页岩的热解脱挥发分过程是比较合适的。     

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。     

炭化工艺对酚醛树脂基碳分子筛性能的影响

以工业酚醛树脂为碳源,三嵌段聚合物F127为模板剂,制备碳分子筛。采用N_2吸附-脱附对制备的碳分子筛进行表征,研究炭化制备工艺对碳分子筛孔径分布的影响。结果表明,炭化温度、炭化时间和炭化升温速率对碳分子筛孔径分布影响较大。在炭化升温速率为1℃·min~(-1)、炭化温度800℃和炭化时间1 h条件下制备的碳分子筛孔径分布最为集中,BET比表面积716.59 m~2·g~(-1),单点总孔容0.557 75 cm~3·g~(-1),单点吸附微孔孔容0.301 81 cm~3·g~(-1)。     

A solar reactor for bio-diesel production from Pongamia oil: Studies on transesterfication process parameters and energy efficiency

Over exploitation of non-renewable energy reserves will lead to increase in price of petroleum fuels. Therefore there is a need for suitable and sustainable substitutes (renewable resource) for conventional fuels. In this study, an efficient and environmental friendly method for production of bio-diesel from Pongamia (Karanja) oil has been developed using a solar reactor. During the experimental study, the maximum temperature attained by the pongamia oil during the transesterification process was 64.1 ℃. The transesterification reaction was studied by varying different parameters such as reactant flow rate (5–20 L·h^-1), stirring speed (150–450 r·min^-1), catalyst mass loading (0.5%–2%) and methanol to oil ratio (3:1 to 15:1). The maximum biodiesel yield was 83.11% at a flow rate of 5 L·h^-1, stirring speed of 350 r·min^-1, a methanol to oil ratio of 15:1, catalyst mass loading of 1% and reaction time of 270 min. The physical and chemical properties of biodiesel was analyzed as per American Society for Testing Materials (ASTM) standards and it had density of 938 kg·m^-3, viscosity (28.7×10^-6 m²·s^-1), acid value (9.45 mg KOH·(g oil)^-1) and flash point (215 ℃). The energy efficiency of solar heating process was determined by comparing the net energy ratio of direct heating process and solar heating process. For solar heating the net energy ratio (NER) was found to be 31.85 against 5.73 for direct heating. Similarly, net energy efficiency index was calculated for 10 kg production scale and was found to be increasing when scaled up which means that the solar heating process is more effective even in scaled up production.     

对二甲苯降膜结晶动力学

降膜结晶是工业生产对二甲苯的重要方法。以多孔介质分形理论为基础开展对二甲苯降膜结晶动力学的研究。通过动力学模型优化实验条件,结晶条件为进料速度为60 ml·min^-1、结晶温度-15℃、原料预冷温度25℃,发汗条件为升温速率1℃·min^-1、发汗终温5℃。在此条件下测定降膜结晶过程中对二甲苯结晶量以及液相夹带量,建立了晶体生长速率方程和液相夹带速率方程,相关系数分别为0.967和0.977,模型可靠。结果表明随着过饱和度的增加,液相夹带速率增长更快,晶层中夹带液相体积分数越大,晶层孔隙率越大。晶体生长速率方程和液相夹带速率方程的建立对工业降膜结晶生产对二甲苯过程中,通过调节液膜过饱和度控制晶层生长具有重要参考意义。