CO与H2气氛下赤铁矿还原动力学及矿相转化机理研究

针对赤铁矿开展了CO和H₂气氛下的矿相转化试验,详细研究了还原过程动力学,并采用X射线衍射和扫描电镜对其相变和微观结构变化进行研究,以对比CO和H₂矿相转化效果的差异及微观结构演变规律。结果显示,在温度460～620℃范围内,矿相转化温度的提高可以明显加快反应的速率。在CO气氛下,反应模型为收缩核模型,积分形式为G(α)=1-(1-α)^1/2,其表观活化能为8.35kJ/mol,指前因子为0.21min^-1;在H₂气氛下,反应模型为收缩核模型,积分形式为G(α)=1-(1-α)^1/3,其表观活化能为20.73kJ/mol,指前因子为4.37min^-1。SEM分析结果表明,在矿相转化过程中,气体的吸附和赤铁矿的矿相转化优先发生在赤铁矿颗粒的表面和裂缝处,反应从颗粒表面和裂隙逐渐向内进行,温度应力和相变应力产生的裂纹为气体扩散提供了通道,这有利于气体及气体产物在颗粒中的内扩散,加速反应的进行。在同等试验条件下,H₂的...     

神华煤直接液化残渣热解动力学研究

运用分布活化能模型（DAEM）对神华煤直接液化残渣热解过程进行了分析,得出残渣热解活化能E的算术平均值为144.6 kJ/mol,分布在60.1～280.4 kJ/mol范围内,活化能分布函数f(E)为非正态分布函数;指前因子k₀与活化能E之间存在补偿关系.     

煤矿运输胶带热解动力学参数研究

为构建矿井胶带火灾早期预警体系，防控巷道外因火灾事故，利用热重—傅里叶红外光谱联用实验，结合热解动力学，研究5、10、15、20 K/min 4种升温速率下胶带的热解历程。结果表明：不同升温速率下的热重(TG/DTG)曲线、气体产物等具有相似规律和趋势，随升温速率增加各参量特征值向高温方向滞后；胶带热解经历2个明显失重阶段，第一失重阶段发生交联缩聚热解反应，活化能E在105～107 kJ/mol,指前因子为15.92 min^-1,第二失重阶段发生脱链解聚热解吸热反应和挥发分氧化放热反应，活化能E在130～220 kJ/mol,指前因子为37.13 min^-1,高于第一失重阶段，两阶段热解过程可用Avrami-Erofeev方程表征。     

典型农林类生物质热解油裂解反应特性对比及其动力学研究

为提高生物质热解油的利用效率,探究生物质热解油在提质转化过程中的热解特性,进一步拓宽生物质热解油的利用途径,选取2种木质纤维素类生物质热解油作为研究对象,采用热重分析仪分别考察2种生物油的热解行为。选用Friedman法、FWO法2种等转化率方法求取生物质热解油整体热解反应的动力学参数,选用分布活化能模型(DAEM)法将生物质热解油热解过程分为轻质组分和重质组分2种虚拟组分热解过程,并求取2种虚拟组分热解的动力学参数。2种生物油的轻重组分含量差异导致2者的热解行为表现出不同特征,木屑热解生物油的最大质量变化速率对应温度和热失重反应结束温度均高于稻壳热解生物油。Friedman法计算所得2种生物油的活化能分别为89.92、145.98 kJ/mol,FWO法计算所得2种生物油的活化能分别为90.30、138.44 kJ/mol,2种方法计算结果具有较好的一致性;木屑热解生物油的平均活化能(142.21 kJ/mol)高于稻壳热解生物油(90.11 kJ/mol)。进一步采用DAEM方法将2种生物油热解过程分别分为轻质组分热解和重质组分热解,两组分DAEM方法动力学计算结果表明稻壳热解生物...     

印尼褐煤湿煤末(煤泥)热解和燃烧特性及动力学分析

为获得印尼褐煤湿煤未(煤泥)热解燃烧的反应机理,采用热重法研究了印尼褐煤湿煤末在不同加热速率下的热解和着火燃烧过程,得到热解和燃烧反应特征参数;并采用Coats-Redfern积分法进行动力学分析。结果表明:升温速率对热解和燃烧反应特征温度和其他特征参数基本都有正相关的影响。对于热解过程,反应线性拟合结果呈明显的三段式分布,不同升温速率下质量平均表观活化能分别为43.2,33.2和33.9 kJ/mol。相同转化率区间内,试样热解活化能与升温速率关系不大;而在同一升温速率下,试样热解反应活化能随转化率的增加而增加,呈正相关性。与热解反应不同,燃烧反应动力学参数在整个反应区间直接线性拟合结果较好。10,30和50℃/min升温速率下的反应分别为2级、1.5级和1.5级化学反应,活化能分别为101.74,72.93和51.82 kJ/mol。     

煤及其显微组分热解特性研究

选取4种不同变质程度的煤类,对原煤及其显微组分进行了热解特性研究,利用最大失重速率评价了原煤及其显微组分富集物的热解反应性,并采用一级反应模型、Doyle积分法求取了样品的动力学参数.动力学分析结果表明,由于样品热解各段的反应历程不同,因此求取的热解动力学参数也不同,4种原煤及其显微组分主要热解段的表观活化能介于35.93 kJ/mol～63.84 kJ/mol.     

空化洗油微波溶胀对新疆准东西沟煤直接液化性能影响及其动力学分析

以空化洗油为溶胀剂,优化新疆西沟煤微波溶胀条件,考察微波溶胀对煤样直接液化性能的影响及其动力学分析。在微波时间55 min、功率600 W和温度344 K条件下,煤样溶胀度达到1.625,且发现其微波溶胀是一个膨胀-微爆-碎裂-再膨胀-再微爆的过程。热解动力学研究表明,与原煤样相比,在623~773 K中温段,煤样经微波溶胀后活化能从99.95 k J/mol减小至89.51 kJ/mol,相对降低了10.45%。液化动力学研究表明,经微波溶胀后,煤样的转化速率常数从0.019 39 s~(-1)增加到0.050 08 s~(-1),相对提高了158%。与原煤样相比,微波溶胀煤样从煤和前沥青烯转化为油的速率常数分别相对提高了170%和258%,且增加了沥青烯生成油的反应途径,其速率常数为0.039 33 s~(-1)。因此,微波溶胀不仅降低了煤样热解中温段的活化能,而且改善了煤样直接液化效果。     

纤维素与褐煤共热解协同规律

生物质是一种清洁的可再生有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。目前生物质与低阶煤的共热解研究受到国内外学者的广泛关注,为解析生物质组分与褐煤共热解过程的协同作用规律,以生物质主要组成纤维素和蒙东褐煤为研究对象,以热重红外联用仪(TG-FTIR)为实验手段,进行纤维素和褐煤的单独热解和不同掺混比例下混合样品的热解动力学特性(加热速率为10、25和50℃/min)及气体析出规律研究。结果表明：纤维素组分可提高纤维素-褐煤混合物的热解活性,使混合物共热解过程中热解失重峰速率高于理论热解失重峰速率;同时,分布活化能模型(DAEM)可较好的应用于纤维素-褐煤混合物活化能的计算,且纤维素的加入可降低共热解过程中纤维素-褐煤混合物的反应能垒,使混合物在不同质量转化率下的表观活化能低于理论活化能。此外,共热解过程中小分子气体(CH₄、CO₂和CO)的析出峰值温度(400～420℃)与纤维素的气体析出温度相一致,且气体析出量高于理论值。随着混合物中纤维素比例的增加,气体实际析出量与理论计算量之间的差值呈现出先增加后降低的变化趋势,且当纤维...     

TG-FTIR分析煤在1000℃～1500℃的热解特性

基于热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了煤在N2气氛下终温1 500℃的热解特性。结果表明,煤主要有2个明显的失重阶段(400℃~600℃和1 000℃~1 500℃),在1 000℃~1 500℃温度段的失重率12.27%。结合红外图谱分析得,煤在1 000℃~1 500℃温度段主要有CO_2、CO和CH_4析出。利用Coats-Redfern方法求得煤主要热解阶段的动力学参数,结果表明,一级反应能较好地描述煤的热解过程,低温段的活化能(84.42 k J/mol)高于高温段的活化能(64.06 k J/mol)。     

煤直接液化残渣与褐煤共热解动力学研究

为了解决煤炭液化残渣在热解过程中软化熔融并剧烈膨胀导致难以利用的问题,在温度范围为30 ～900℃,升温速率分别为10、20、30、40℃/min的情况下,借助热重分析仪对煤直接液化残渣与褐煤进行程序升温共热解试验,采用Doyle法分析共热解动力学,将动力学结果与共热解协同作用进行关联.结果表明:共热解过程可用3个串联的一级反应描述,温度区间分别为200 ～310、310～470、470～900℃,其中310 ～470℃对应共热解反应的活泼分解阶段,反应活化能(40 ～ 50 kJ/mol)远大于低、高温反应活化能(10 ～20 kJ/mol).液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,增大了热解失重率,使共热解反应在300 ～550℃表现出正协同作用.     

硫酸铵焙烧法提钛渣碱浸提硅反应动力学

硫酸铵焙烧钛渣提钛后的滤渣中含有大量的硅,本文分析了碱浸提钛渣提硅的动力学反应过程,结果表明：该碱浸过程受克-金-布产物层固膜扩散控制,根据阿罗尼乌斯方程得到反应的表观活化能为28.91 kJ/mol,确定动力学方程式为：1+2(1-x)-3(1-x)^2/3=4.8554exp－28910/( RT)•t。     

D201树脂吸附钒(Ⅴ)的行为研究

实验研究了钒(Ⅴ)在D201树脂上的吸附行为, 并从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析。结果表明: D201树脂对钒(Ⅴ)的吸附为吸热过程, 且符合Freundlich和Langmuir等温吸附方程; 测得吸附热力学参数: ΔH=3.88 kJ/mol, ΔS=0.082 J/(mol·K), ΔG=-20.77 kJ/mol; 吸附动力学研究表明, D201树脂吸附钒(Ⅴ)的平衡时间为12 h; 颗粒扩散速率为D201树脂吸附钒(Ⅴ)的主要控制步骤; 测得不同温度下D201树脂吸附钒(Ⅴ)的表观速率常数为: k_298K=2.34×10^-5 s^-1、k_308K=2.40×10^-5 s^-1、k_318K=2.91×10^-5 s^-1; 表观吸附活化能为E_a=8.43 kJ/mol。     

神华煤及其直接液化残渣热解动力学试验研究

为研究神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程,对神华煤和神华煤直接液化残渣在不同的升温速率下进行了热重分析.根据不同升温速率的热解试验结果,采用分布活化能模型(Distributed Activation Energy Model,DAEM)对神华煤和残渣的热解动力学进行了分析,得到了热解动力学参数活化能和反应速率常数.研究表明:神华煤热解的活化能为53.98～279.38 kJ/mol;神华煤直接液化残渣热解活化能约为170 kJ/mol.对神华煤和残渣热解失重率随温度变化的试验曲线和模拟计算所得曲线进行比较,发现神华煤和神华煤直接液化残渣的试验曲线和模拟曲线重合较好,说明DAEM模型能够较准确地描述神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程.     

非等温动力学分析合成Gd_2O_2S∶Er的真空烧结过程

用不同升温速率下的热重(TG)和微分热重(DTG)技术研究固相反应法合成稀土掺杂硫氧化物(Gd_2O_2S∶Er)荧光粉的反应动力学,升温速率分别为5、10、15、20K/min。使用不同动力学分析方法对Gd_2O_2S∶Er的主要合成阶段进行动力学研究。用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa法计算得到了各合成过程的动力学参数。Coats-Redfern法用于确定最可能的反应机理函数。通过分析TG和DTG曲线,得出常压/真空条件下合成Gd_2O_2S∶Er荧光粉的过程可分为三个阶段:失水、单质S与Na2CO3反应、Na2Sx与Gd2O3反应。通过计算发现,在真空条件下反应的活化能较低,表明真空条件有利于Gd_2O_2S∶Er的生成。真空条件下Gd_2O_2S∶Er荧光粉的合成为随机成核和随后生长控制机理,机理函数为g(α)=[-ln(1-α)]n。第二步控制过程的n值为2/3,第三步控制过程的n值为1/2。     

煤与焦油、秸秆混合压球共热解的动力学

针对采用不同方法计算混合物共热解的动力学参数易出现发散、范围较宽等问题。采用热分析(TGA)方法对两种不同性质的煤样(ZC和XL)、秸秆(ST)和煤焦油(T)混合压球进行共热解实验研究,在此基础上采用等转化率方法(Ozawa-Flynn-Wall(OFW)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS))计算单独和混合共热解的动力学参数并进行对比,分析了产生差别的深层原因。实验结果表明:在较高升温速率下,单独组分热解达到所需热解温度的时间缩短,而在低的升温速率下单独组分的加热发生在颗粒内部的热传递更加有效率。单独热解采用KAS和OFW法计算得到反应过程平均活化能平均值由大到小依次为ZCXLTST。无论是采用等转化率方法还是采用等温方法对不同性质的物料进行热解反应动力学参数计算受选择计算方法的影响。在热解过程中,随热解温度升高,失重率呈现先增大后降低的变化趋势,E1,E2,E3,E4失重率的实验值和计算值的差值在800℃时达到最大。通过混合压球热解失重的实验值与计算值对比,ZC,XL与ST共热解的协同作用不明显。     

中温和高温煤沥青的组成结构与性质

深入分析了新疆哈密淖毛湖中温煤沥青(CTPZ)和陕西榆林高温煤沥青(CTPG)的元素组成、热稳定性、微晶结构、分子结构特征等,选用Flynn-Wall-Ozawa法计算其热解活化能,对其甲苯可溶物和热聚合后试样的甲苯可溶物进行了GC-MS分析。结果表明,CTPZ和CTPG的H/C原子比分别为1.005和0.510,O/C原子比分别为0.062和0.015;CTPZ的热解反应更加剧烈,轻组分逸出更快,热稳定性差,最终残炭率分别为16.03%和38.47%,CTPZ仅为CTPG的42%;在210～390℃,平均热解活化能分别为84.24和104.47 kJ/mol;芳香片层间距分别为0.404和0.356 nm,分别比石墨的芳香片层间距0.340 nm高出18.82%和4.71%,前者芳环上连有烷烃侧链和非平面结构的环烷烃更多,芳环层间有序性更差;CTPZ以正构长链烷烃为主,C₂₀～C₂₈相对含量超过50%,鉴于CTPZ正构烷烃的相对含量超过50%,且碳链长度在石蜡油的要求之内,故可分离制备石蜡油,而CTPG以芳烃为主,相对含量超过70%,其中,...     

氟化镍添加剂对铝电解用炭间糊性能的影响

通过添加不同含量的氟化镍(NiF₂)对改质沥青-煤焦油复合粘结剂进行改性, 并采用改性复合粘结剂与电煅无烟煤、沥青焦、熟碎制备铝电解用炭间糊, 研究NiF₂添加量对炭间糊常规性能、膨胀/收缩过程、质量损失过程以及微观结构的影响。结果表明, 随着NiF₂添加量增加, 炭间糊的致密程度和导电性能逐渐提高, 耐压强度和膨胀/收缩率均呈先增大后减小的变化趋势, 挥发分在8.86%~9.53%范围内波动;体积膨胀显著增加, 焦化温度提前, 残炭值提高;NiF₂添加剂的反应产物以复杂混合物形式分布于粘结焦层片结构。当NiF₂添加量为4%时, 炭间糊的综合性能达到最佳。     

铁矾渣热分解过程研究

采用DSC-TG和XRD分析方法对铁矾渣热分解过程进行了研究。结果表明: 铁矾渣的热分解包括脱水、脱氨、氧化和晶型转变等复杂步骤; 经750 ℃焙烧, 铁矾渣呈红棕色, 最终产物主要为ZnFe₂O₄和Fe₂O₃; 基于Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法得到铁矾渣在350～450 ℃和630～720 ℃温度区间热分解反应的活化能分别约为260和230 kJ/mol, 频率因子分别为3.07×10¹⁹和1.29×10¹²。     

基体炭结构对炭 炭复合材料的界面结合强度的影响

借助金相、透射电镜技术比较了4种典型的炭/炭复合材料的微观结构, 采用单纤维顶出法测定了炭/炭复合材料中的炭纤维/基体炭界面强度, 研究了基体炭结构对界面强度的影响。结果表明:基体炭的结构和类型影响炭纤维/基体炭间的界面强度, 粗糙层热解炭与炭纤维间的界面强度比光滑层热解炭的高, 而树脂炭和沥青炭由于与炭纤维间存在化学键合, 因而界面强度较高。     

高温下神府煤焦/CO2气化反应动力学

在950~1 400 ℃,以神府煤为原料制备了各种慢速和快速热解焦,并对各种热解焦的CO2气化反应动力学进行了研究。研究结果表明：在高温范围内,修正体积模型对神府煤焦/CO2气化反应的模拟明显优于收缩未反应芯模型和随机孔模型;神府煤焦气化反应动力学从低温到高温存在一个偏折点,即低温区(950~1 150 ℃)属化学动力学控制,高温区(1 150~1 400 ℃)属扩散动力学控制。在950~1 150 ℃,神府慢速和快速热解煤焦的表观活化能范围分别为109.21~205.30 kJ/mol和86.88~116.90 kJ/mol;在1 150~1 400 ℃,分别为16.58~52.16 kJ/mol和14.00~32.91 kJ/mol;神府煤焦/CO2气化反应过程也存在动力学补偿效应。