稻草和玉米秆热解气体产物的释放特性及形成机理

采用管式反应器与傅里叶变换红外分析(FTIR)联用技术进行了生物质热解特性及主要气体产物释放规律的研究。结果表明,农业生物质热解的主要气体产物有H2O、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、HCOOH、CH3OH和酚类化合物等。热解过程中先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的C-C键、糖苷键、羰基、羧基、甲氧基和C-O-(C)等基团发生断裂和重整反应,生成CO,CO2、CH4和醇、酸、醛、酚类等物质;在炭化阶段,C-H键和C-O键进一步断裂和芳香化转化,析出CH4、CO2和CO等。在稻草和玉米秆热解过程中,H2O、CO2、CO和CH4有多个析出极值出现,并分别在309和335 ℃达到最大析出峰值。CO和CO2的释放主要集中在220~400 ℃,而CH4的释放主要在较高温度段275~400 ℃,比CO和CO2的析出温度高出55 ℃左右。在220~400 ℃,CO和H2O的释放特性相似。气体产物的释放规律揭示了有关生物质不同组分热行为的重要信息。     

不同反应气氛下高氯煤中氯的热迁移及释放特性研究

为获得不同反应气氛对高氯煤中氯的热迁移及释放特性的影响,本文在固定床反应器上开展了不同温度下新疆哈密地区万向煤的热解、气化与燃烧实验研究。结果表明:1）3种气氛下氯的释放率均随着温度的上升而升高,在800~1 000 ℃时焦中的氯快速释放;2）在200 ℃时,空气气氛下氯的释放率为12.72%,此时N2及CO2气氛下氯的释放率均在1%左右;在1 000 ℃时,空气及CO2气氛下氯释放率达到99.4%,而此时N2气氛下热解焦中由于有机碳的存在,阻碍了NaCl晶体的高温逃逸,进一步降低热解过程中氯的释放量,氯释放率仅为38.3%;3）在N2、CO2气氛中,热解、气化焦中氯主要以有机形式存在,空气气氛下焦中的氯主要以无机形式存在,当煤失去全部有机碳仅剩下灰分时,灰中的氯几乎全部以NaCl晶体形式存在。     

煤与生物质中高温共热解特性研究

为了探究煤与生物质在中高温度条件下共热解过程中热解气的释放特性及元素析出规律,本文采用固定床反应器对松木和兖州煤在800~1 200 ℃温度下进行中高温热解实验,借助傅立叶红外气体分析仪和氢气分析仪对热解气的组分进行在线测量,并探索其动力学释放特性。结果表明:各热解气中可燃气体主要为H2、CO和CH4;热解温度升高,共热解气中的H2产量会大幅增加,高达75.4 mg/g反应物,CO产量缓慢增加至184.3 mg/g反应物,CH4产量下降;共热解过程中,H2析出最晚且过程在30~200 s,CO的释放过程比CH4快,且释放体积分数峰值更高,可达61.1 μL/L;生物质的氮结构存在形式主要为更不稳定的氨基酸和蛋白质,热解时NH3和HCN析出更快但释放峰值更低;此外,煤和生物质共热解时的协同作用不影响CO和CH4的释放。本研究可为未来煤与生物质中高温闪速共热解制气以及低碳清洁能源的利用提供一定指导。     

褐煤热解过程中含氧官能团的演化

基于热重红外技术(TG-FTIR)对神华褐煤进行热解实验研究,在线检测热解过程中含氧气体的释放规律,并通过傅里叶变换显微红外分析不同温度下煤焦样中含氧官能团的赋存状态和含量变化。将宏观产物信息与微观含氧官能团的变化相结合,推断出含氧官能团在热解过程中的演化以及发生的基团反应,以达到揭示褐煤热解机理的目的。结果表明:热解过程中的含氧气体生成特性可以较好地反映煤中的羟基、羧基、羰基等含氧官能团的演变规律;煤中的含氧官能团具有较高的活性,大部分有机含氧官能团的转化主要发生在500℃以下,在500℃以上除少量的氢键难以去除外,其他含氧官能团均检测不到;500℃以上的含氧气体释放主要来源于煤中的矿物质分解。     

胜利褐煤的加压热解特性分析

采用高温加压热重分析仪进行胜利褐煤的加压热解实验,并通过便携红外气体分析仪在线检测气体产物的释放,考察压力对煤热解过程的影响并进行动力学参数的计算。研究表明：不同压力下煤的热解都可以分为3个阶段,随着热解压力的升高,低温段的热解失重峰向更高温度偏移,而中温段的热解失重峰则向较低的温度偏移,煤焦的产量逐渐增大,CO释放量逐渐增多,而CH4释放量并无明显的规律;不同压力下的热解反应活化能差异不大,并同指前因子之间有良好的动力学补偿效应,相关系数达到0．982。     

CO_2气氛对烟煤热解过程的影响

采用热重–傅里叶红外联用的方法研究徐州烟煤在Ar、N2和CO2气氛下的热解特性,考察CO2气氛下反应终温和升温速率对其失重和气体析出特性的影响。结果表明,CO2气氛对煤热解的影响主要在高温区,表现为对煤中碳酸盐分解的抑制作用和对煤焦的气化作用。反应终温900℃时,CO2气氛下CH4和C2H6的析出量较Ar和N2气氛下小,而CO析出量较大。CO2气氛下反应终温由700℃上升到1000℃,CH4和C2H6的析出量略有升高,CO析出量显著升高;升温速率提高,CH4、C2H6和CO析出量降低。     

Fe_2O_3添加剂对宝日希勒褐煤热解特性的影响

为研究Fe_2O_3添加剂对宝日希勒煤(属典型低阶褐煤)热解特性的影响,借助热天平研究其热解失重规律的同时,联用快速裂解仪—气相色谱进行了宝日希勒煤快速热解实验,得到了快速热解气氛中4种主要气体成分(H_2、CO、CO_2和CH_4)的产量随Fe_2O_3添加量的变化规律。结果表明:1000℃终温下未添加Fe_2O_3时转换率仅低至39.5%,适量添加Fe_2O_3对其热解起促进作用,即加入3.5% Fe_2O_3后转换率最大可提高至47.9%(相对提高21.3%);动力学分析结果表明加入Fe_2O_3可以降低热解过程的表观活化能;添加Fe_2O_3后单位质量煤中H_2、CO、CO_2和CH_4的产量均上升,但幅度不一。     

超细化煤粉在热解条件下氮的迁移特性试验研究

采用DTG(热重/差热分析仪)和GC-MS(气相色谱质谱联用仪)对鹤岗、铁法、准噶尔煤超细化煤粉进行热解试验,研究试验条件对氮氧化物的前驱物NH3、HCN和NO的影响。结果表明粒径小于20μm的超细煤粉含氮气体的释放量最少,而中等粒径的煤粉(30~40μm)氮化物的排放总量最大,50μm以上粒径煤粉居中;同一煤种不同粒径的煤样在热解过程中HCN的释放规律较为接近,分别在300~600℃温度范围和1000~1200℃温度范围内出现最大析出峰;随升温速率增加含氮气体的产物分布产生滞后现象;煤种对不同粒径范围的煤样含氮气体释放的影响不同,当粒径在0~10μm范围内,热解过程含氮气体释放量不与煤中含氮量成正相关,而在中等粒径范围(30~40μm范围内)则相反。     

煤泥热解产物析出特性热质联用实验研究

利用热重-质谱联用技术对煤泥热解特性进行研究,分析含水率和升温速率对煤泥热解产物析出现象的影响。结果表明:主要热解产物依次为CH4、HCN、CO2、C3H7+、C2H6、C3H5+,其析出温度均分布在350~650 ℃和650~900 ℃;含水率对热解产物的析出特性影响较小,CH4、HCN、C2H6与C3H5+析出强度峰值在500 ℃左右,CO2及C3H7+的析出强度峰值分别在500、700 ℃左右;升温速率对热解产物的析出特性影响较明显;随着升温速率提高,产物析出峰值均向高温区段移动,4种热解产物的析出强度均呈增大趋势。     

农药生产废渣燃烧/热解特性研究

在30 ℃/min升温速率下,利用热重分析方法对农药生产废渣热解和燃烧过程进行了分析,发现农药废渣燃烧过程可以分为两个阶段：150~400 ℃和400~600 ℃。在600 ℃时,农药废渣的燃烧反应程度已经达到了96%。农药废渣热解和燃烧过程的第1个失重阶段基本重合。利用Achar法求得了农药废渣燃烧和热解过程的反应机理函数,以及表观动力学参数。分析发现热解与燃烧第1阶段的反应机理函数相同。利用热重–傅里叶变换红外光谱分析对30 ℃/min升温速率下农药废渣热解和燃烧过程中的气体析出情况进行了分析,发现农药废渣热解过程中,有大量的SO2析出,SO2的析出集中在300~600 ℃区间内,在此区间内,还有少量的CO2和H2O析出,CO的析出主要在高温段发生。对燃烧条件下的FTIR分析表明,氧气的存在使得SO2的析出提前,农药废渣中的N在较低温度下以NH3的形式释放,而在热解条件下,农药废渣中的N的释放主要是高温区生成的HCN。