生物质/塑料共热解热重分析及动力学研究

考察了生物质、塑料(高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯)及其混合物的热重行为。结果表明,生物质的分解温度比塑料低,3种塑料HDPE、LDPE、PP有相似的热解失重行为,是由于分子结构的相拟性。生物质的失重率低是由于灰分和固定炭含量高。生物质和塑料存在重叠的热解温区,有利于塑料向生物质供氢。生物质/塑料共热解时在高温区存在明显的协同效应。动力学分析表明,采用1或3个连续一级反应模型可很好地拟合实验数据,活化能和指前因子分别为107～217 kJ/mol和2.99×10~8～7.51×10~(34),取决于材料本身的特性。     

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。     

煤与杜氏盐藻共热解过程分析及动力学研究

在氮气气氛中,利用热重分析对煤与杜氏盐藻及其混合物的热解特性进行了研究,考察了煤与杜氏盐藻不同掺混比例对热解过程的影响,并研究了共热解动力学.结果表明,煤与杜氏盐藻共热解特性并不是两者单独热解特性的简单叠加,在200～500℃范围内两者之间存在明显的协同效应,其相对值高达28％.煤和杜氏盐藻单独热解均可分3个阶段,由于固定碳和灰分含量高,煤在相同热解阶段的失重率较杜氏盐藻低.动力学分析结果表明,以峰值温度为分界点,采用2个连续一级反应模型与实验数据拟合效果良好,计算得到共热解过程中的活化能和指前因子分别为16.06～28.20 kJ/mol和0.42～16.82 min-1;活化能与指前因子的对数之间具有良好线性关系.     

象草热解特性及动力学分析

利用热重分析仪对象草的热解特性进行研究,考察不同升温速率和金属盐氯化钙对象草热解的影响.结果表明,象草主热解阶段发生在450～650K之间.在高温区域(903K)得到趋于稳定的半焦产量,约为26％.添加10％氯化钙后,象草热解得到的固体残留物有所减少.采用Popescu法对象草和添加氯化钙象草的主热解阶段进行动力学求解,其反应机理函数均符合Avrami-Erofeev方程,象草热解活化能为190～219kJ/mol.氯化钙的催化效果明显,象草热解活化能和指前因子大幅度降低,当转化率在0.2～0.3时活化能降幅最大,降低了59kJ/mol.     

废弃印刷线路板热重分析和动力学模型

利用差热热重分析仪对两种典型的废弃印刷线路板(FR4型、PTFE型)进行了热解实验研究.并利用SEM检测了热解残余物的元素组分.结果表明,PTFE型线路板的热解温度区间为500～600℃,而FR4型线路板仅为300-400℃.热解残余物中金属与玻璃纤维组分完全分离,金属与玻璃纤维保存完好于热解坩埚中.金属片主要含有铜、金、镍等组分;FR4型线路板热解残余物中的玻璃纤维片含有硅、氧、钙、碳和铝等组分,而PTFE型线路板热解后的玻璃纤维片含有硅、氧、铝、钙、钛等组分.利用Kissinger法求得两种试样的表观动力学参数,PTFE型线路板的活化能和指前因子分别为315.83 kJ/mol和1.57×1017min-1,FR4型线路板的活化能和指前因子分别为103.002 kJ/mol和4.127×108 min-1.     

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。     

非传统动力学分析法解析生物质热解过程

将一种新方法引入到生物质热解过程的分析中,该方法利用不同升温速率下的热重实验数据,基于合理的假设和非线性最小二乘法,确定出生物质热解过程中的反应分布,并最终计算得到对应的活化能、指前因子以及反应比率.在本研究中,首先将其用以计算模拟DTG数据,所得结果与预设数值非常吻合.同时,对纤维素热重实验数据进行分析,发现对于符合一级反应机理的脱挥发分过程,可以很好地计算各反应相关参数.最终将该方法应用到生物质热解过程研究中,结果表明不同生物质的热解过程是由具有不同特征的众多一级反应所组成.不同生物质单元反应的活化能、指前因子以及所对应的反应比率可分为3个部分.各部分的动力学参数以及分布状态与生物质的种类相关.     

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。     

生物质焦油热解动力学分析

采用热重分析法对玉米芯在600℃热解条件下获得的焦油进行热解特性分析,根据TG与DTG曲线图,定义焦油的活性准则并对其进行判定,建立焦油热解动力学模型,同时对动力学参数进行求解。结果表明:焦油的热解可分为3个阶段,其动力学模型均可用一级反应表示,各阶段的活化能分别为26~33 kJ/mol、13~16 kJ/mol以及10~15 kJ/mol。     

微波诱导市政污泥热解实验的热重分析

通过TG-DSC实验,研究微波辐射对污泥热解特性的影响,与污泥-生物质混合热解特性作对比,并利用Coats-Redfern积分法计算出污泥热分解反应的表观活化能、反应级数及指前因子.结果表明,在辐射剂量为10 W/g、20 W/g和25 W/g的条件下,污泥TG实验的失重率分别提高了4.6％、5.7％和1 1.6％;热解反应的活化能分别降低了19.2 kJ/(mol·K)、2.6 kJ/(mol·K)、12.7 kJ/(mol·K),平均降低了24％,反应级数略有变化.在10 K/min升温速率下,添加质量分数为5％的木屑或麦秆,污泥热解失重率分别为4.7％和8.9％.     

玉米芯水解残渣热解焦ZnCl2活化动力学分析

为优化玉米芯水解残渣低温热解、ZnCl2活化制备活性炭的工艺过程,获取活化过程的优化工艺参数,在热分析仪上对残渣热解焦的ZnCl2活化过程进行了研究。通过对比ZnCl2溶液浸渍前后残渣热解焦的热重特性,分析了ZnCl2活化机理,采用分布活化能模型(DAEM)对浸渍热解焦活化过程进行了动力学分析。结果表明,经ZnCl2浸渍后的残渣热解焦热失重区间集中在450~650℃,且失重峰明显增强,固体残留质量大幅降低。DAEM计算结果表明,浸渍热解焦在活化过程中的活化能分布为190~280 kJ/mol,在E=210 kJ/mol时活化能分布函数达到最大值。     

酒糟非等温热解动力学研究

酒糟气化是酒糟高效利用的一种方式。文章对酒糟的热解行为进行了热重分析研究。在高纯氮气的保护下,将10 mg酒糟分别以10,20,30 K/min的升温速率线性升温到923 K。结果显示,酒糟热分解的主要阶段为453～743 K,试样的大部分失重发生在该区域,失重率达67%以上。使用Coats-Redfern模型拟合方法分析酒糟的热解过程,确定了反应的动力学参数。在此阶段,酒糟热分解的级数为2.1级,表观活化能为69.31 kJ/mol,指前因子为4.92×105min-1。此热解动力学模型可以为酒糟的热化学转化有效利用提供基础数据。     

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。     

利用分布活化能模型研究木材的热解和燃烧机理

在热天平上考察了三种木材在不同气氛和升温速率下的热解行为,并利用分布活化能模型研究了三种木材的热解动力学.结果表明:在空气气氛下,热失重分为三个阶段,失重率为500/~6000/时,三种木材的活化能值都在110~250 kJ/mol,且非单调增加;在氮气气氛下,热失重分两个阶段,失重率在1000/~8500/时,三种木材的活化能值都在165~230 kJ/mol,且呈“W”形变化.活化能的分布函数,反映了木材在热解、气化、燃烧过程中不同阶段的反应活性变化规律,有助于了解木材的热解和燃烧机理.     

烟煤煤焦等温CO2气化动力学模型研究

在建立的化学反应动力学控制实验条件下利用自建固定床实验台研究了烟煤煤焦等温CO2气化反应特性。采用均相模型、未反应收缩核模型和修正体积模型计算得到气化反应活化能分别为147.7kJ/mol、102.9kJ/mol和155.5kJ/mol。利用等转化率法避开反应机理函数的选择,计算得到反应活化能为144.1～166.0kJ/mol。通过比对不同模型相关系数大小以及与等转化率法计算所得活化能范围符合程度相结合的方法,确定均相模型和修正体积模型为最佳动力学模型;根据修正体积模型中经验常数b≈1,可认为修正体积模型与均相模型为同一模型。因此确定烟煤煤焦CO2气化反应最佳动力学模型为均相反应模型。     

Isothermal and non-isothermal kinetic study on CO2 gasification of torrefied forest residues

CO₂ gasification of torrefied forest residues (birch and spruce branches) was investigated by means of a thermogravimetric analyser operated non-isothermally (400–1273 K) and isothermally (1123 K) under the kinetic regime, followed by kinetic analyses assuming different models. For the non-isothermal gasification, the distributed activation energy model (DAEM) with four or five pseudo-components was assumed. It is found that the severity level of torrefaction had great influences on gasification behaviour as well as devolatilization step. The activation energy of non-isothermal gasification step of three samples varied in the range of 260–290 kJ/mol. The char reactivity decreased with increased torrefaction temperature. For the isothermal gasification, the random pore model (RPM), shrinking core model (SCM), and homogeneous model (HM) were tested. The result has confirmed the trend of decrease in char reactivity with increased torrefaction temperature observed from the non-isothermal gasification. However, different trends in char reactivity due to different wood types were observed by the two methods of gasification.     

Pyrolysis behaviors of oilfield sludge based on Py-GC/MS and DAEM kinetics analysis

In this work, the effect of heating rate (10, 20, 50 and 100 K min^?1) on oilfield sludge pyrolysis was studied on thermogravimetric analyzer (TG) and the pyrolysis kinetics was investigated by means of the distributed activation energy model (DAEM). The TG/DTG curves of oilfield sludge pyrolysis are shifted to higher temperatures evidently as the heating rates increase and the intensity of DTG peak is increased with the increase of heating rate. The pyrolysis process of oilfield sludge could be divided into two stage. Kinetics analysis by DAEM revealed that the activation energy (E) decreased from 99.54 to 44.19 kJ mol^?1 in the conversion ratio range of 0.1–0.2, and then E raised up to 184.63 kJ mol^?1 with increase of the conversion ratio. In addition, Py-GC/MS experiments were performed to investigated the types of products and their proportions in pyrolysis process of oilfield sludge at different pyrolysis temperature (758, 943 and 1193 K) and the corresponding mechanism for oilfield sludge pyrolysis was briefly discussed. Cracking depth of oilfield sludge can be significantly improved by increasing pyrolysis temperature, and the light molecule weight of hydrocarbons (C₄C₁₀) increased with the increase of pyrolysis temperatures. Moreover, the increase of pyrolysis temperature was also conducive to the decrease of the polycyclic compounds. However, there is an abrupt increase of aromatics yields (14.69%) when temperature is up to 1193 K. The change of content of gasoline and diesel range hydrocarbons in pyrolysis products of oilfield sludge with pyrolysis temperature was also discussed.     

Thermo-oxidative characterization and kinetics of tar sands

In this research, non-isothermal kinetics and thermal analysis of Gerçü? tar sand sample is studied by DSC (differential scanning calorimeter) and TG/DTG (thermogravimetry). Experiments were performed using three different mesh size (20-35, 35-50 and >50) of sample. Differential scanning calorimeter (DSC) curves revealed three reaction regions in the temperature range of 20-600 °C. On the other hand, thermogravimetry (TG/DTG) curves of tar sand samples at different particle sizes demonstrated three stages of weight loss. Two different kinetic models (Coats & Redfern and Arrhenius) were used to determine the kinetic parameters of the samples and it was observed that the average activation energy values were between 17.5 and 26.6 kJ/mol, for reaction region-II and 126.2-160.1 kJ/mol for reaction region-III, respectively. In order to see the contribution of each region to the overall reactivity of the tar sand sample, weighted mean apparent activation energy of the samples are also determined.     

废弃物干酒糟生物质热解特性及动力学研究

酒糟（DG）的组成成分以及在50~900 ℃范围内的热解进行研究。TG/DTG实验结果表明,DG的开始热解温度为137 ℃,热解温度在305 ℃时热解速率最快,为6%/min。傅里叶变换红外光谱（FTIR）数据表明,DG的主要气态产物为CO₂、CH₄、酮、醛、酸和胺。通过分布式活化能模型（DAEM）与无模型积分（Flynn-Wall-Ozawa,FWO）方法对DG的动力学行为分析发现,DG在热解初始阶段活化能为76.49 kJ/mol,平稳阶段活化能为160 kJ/mol。随着热解反应的进行,DG的热解活化能逐渐升高。