纤维素热解的TG-FTIR分析

以生物质主要组分纤维素为原料,在热重-红外光谱联用仪上对纤维素分别以5,10,20,40℃/min的升温速率进行了热解实验研究,考察了纤维素的热解特性及轻质气体析出规律。结果表明:较高的升温速率能促进热解反应的进行,升温速率可作为影响最大热解失重速率对应温度(Tp)的一个重要因素,Tp会随着升温速率的增大而升高;纤维素热解过程中,热解气体的最大析出峰都对应于给定升温速率下的DTG失重峰;4种主要轻质气体(H2O,CO,CO2和CH4)均表现为双峰特性,且CO气体在热解后期的析出规律与CO2,H2O和CH4气体的析出规律不同;不同官能团键的断裂和重整,致使小分子气体组分和析出量的差异很大,热解过程中,羰基(C=O)和醚键(C-O-C)的断裂对CO2的生成影响显著;在低温区间CO的析出主要源于C-O-C的断裂,而在高温区间二芳基醚的分解则是CO产生的主要原因;CH4气体的析出主要由甲氧基(CH3O-)的伸缩振动引起。     

生物油热解气化的TG-FTIR分析

该文主要目的是了解生物油的热解气化特性及气体产物的析出特性,采用木屑快速热解生物油为对象,利用热重与傅立叶红外分析仪联用对生物油的热解气化行为进行实验研究。实验结果表明生物油的热解分为两个阶段:挥发分的快速析出(200～300℃)与生物油的碳化,生物油的热解气化符合三维扩散模型,且随着升温速率的升高热解活化能先升高后降低。红外分析结果表明生物油热解气化的主要气体产物为CO、CO_2、CH_4、H_2O和碳氢化合物等小分子气体,有机化合物的析出主要在低温段,而生物油中重质组分的裂解主要在中高温度段。     

谷壳热解/气化的热重-红外联用分析

利用热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)联用技术对典型生物质热解和气化特性及其气体产物的释放规律进行了研究,并确定了其热解和气化机理.研究表明,谷壳在N2和GO2气氛下的热解失重主要集中在220～600℃,并且具有相似的热解特性;在800℃以后谷壳在N2和CO2气氛下反应所对应的热重曲线出现了较大的差异.气体产物主要在240～600℃析出,主要成分为H2O、CO、CH4、CxHy(x>1)和一些有机碳水化合物,其中H2O的析出温度较低,而CH4和CO析出温度相对较高;由于谷壳气化过程中存在CH4和CO2重整反应,使得H2O析出呈现双峰形式,并且CH4,含量相对于热解时偏小,CH4的析出特性曲线仅有一个峰,CO的析出特性曲线是双峰形式,且CO的释放曲线和谷壳反应速率曲线有着相似的特征温度和变化趋势.谷壳的热解服从两步反应机理,低温段的热解机理函数为f(α)=(1-α)2/3,高温段的热解机理函数为f(α)=(1-α)2.5;而气化机理函数为f(α)=(1α)2/3.     

松塔热解特性及热解过程气体产物分析

文章以废弃松塔为原料,采用热重分析的方法,研究了松塔热解失重规律,通过管式炉热解实验,研究了松塔热解过程中气体产物的变化规律。研究结果表明:松塔热解分为3个阶段,200～500℃是松塔热解的主反应区间,最大失重峰出现在338℃,热解反应过程存在两个较明显的DTG曲线肩峰,且这两个DTG曲线肩峰均与松塔抽提物有关;松塔热解过程中会产生大量的CO_2,同时还有CO,CH_4和H_2O的产生和芳香族化合物的出现;当热解终温为600℃时,随着升温速率的提高,管式炉热解产物中的固体产物得率逐渐降低,液体和气体产物得率逐渐增加,液体产物得率的增幅逐渐变小;当升温速率为80℃/min时,气体累积热值呈现出先增加后略微降低的变化趋势,在热解的第668 s,气体热值达到最大值11 064 kJ/m~3。     

神华煤液化残渣的热解特性

在TGA/SDTA851热重分析仪上,以N_2为载气,在气体流速为20 mL/min,升温速率分别为20℃/min、40℃/min、60℃/min和80℃/min,终温1100℃的条件下,进行了煤液化残渣的热解特性研究实验,得到了不同升温速率下神华煤液化残渣热解的TG和DTG曲线,表明神华煤液化残渣的热解是分两步进行的．在低温段主要是神华煤液化残渣中挥发性的气体溢出引起热解失重,在低温度段180～450℃,挥发分迅速释放；高温段则主要是一些高分子有机质的热解过程．此外,研究了粒径对热解特性的影响．研究发现,随着粒径的增加,残渣的最大挥发分释放速率逐渐减小,而最大挥发分释放速率对应的温度逐渐增加．利用Freeman-Carroll法得到煤液化残渣的动力学参数,为煤液化残渣的有效和经济利用提供理论依据．     

玉米芯/甘油共热解实验研究

以玉米芯/甘油及玉米芯/粗甘油为研究对象,以高纯氩气为载气对两种样品进行热重实验。通过对10℃/min和30℃/min两种升温速率和不同温度下的热重曲线分析发现,两种样品均出现两个失重峰(分别发生在200~220℃和300~328℃之间),这是由样品中生物质的含量不同造成的。样品中杂质改变了H2的析出途径,同一样品中升温速度率不改变H2的析出途径。通过对样品热解的DSC分析,探讨甘油的加入对玉米芯热解途径的影响。最后建立热解动力学模型并对模型进行求解,结果表明样品共热解在低温段属1.0级反应,在高温段属1.5级反应。     

城市污水污泥热解特性及动力学研究

采用热重分析仪与傅里叶红外光谱仪对城市污水污泥进行实验,考察了反应过程及逸出气体产物,求解了热解表观动力学参数。研究表明,污泥样品在N2、CO2和N2+O2气氛中分别发生的热解、气化和燃烧反应,反应过程的特征参数不同;在N2中主要热解温度范围为200~560℃,反应过程在600℃基本完成;随着升温速率增加,热解最大失重速率提高;污泥样品在N2中的热解过程依次析出H2O、CO2、CH4和CO等气体;污泥样品热解不同反应阶段具有不同反应机理和动力学参数,表观活化能在60~100 kJ/mol范围内。     

桉树类生物质热解及产物释放特性研究

采用热重红外联用方法研究不同升温速率下桉树枝和桉树皮的热解特性和热解气体产物的释放特性,对比分析两者的差异性及差异机理。结果表明:桉树枝热解过程主要分为干燥、热解和碳化3个阶段,热解速率较快,气体产物释放主要集中在热解阶段进行,主要气体产物有烷烃、醇、酚、醛、羧酸、酮等多种有机气体产物和少量CO,CO2;桉树皮热解过程分为干燥、进一步干燥、热解反应、碳化及高温持续碳化5个阶段,相比桉树枝热解速率明显较低。桉树皮热解反应阶段在450⁵50℃和650550℃和650⁸00℃两个高温区间存在较为剧烈的碳化反应过程,主要气体产物为CO2和CO。     

小麦秸秆热解产物逸出特性TG-FTIR研究

以小麦秸秆为研究对象,采用热重一傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用技术和分布活化能模型(DAEM),考察升温速率对其热解产物逸出特性的影响,计算热解过程的动力学参数。研究结果表明:随着升温速率的增大,小麦秸秆热解的起始温度和最大失重温度均向高温侧移动,最大失重速率增大,半纤维素热解的肩状峰逐渐出现;热解活化能E介于155~286 kJ/mol之间,指前因子k_0的数量级介于10~(14)~10~(23)之间;热解产物以H_2O、CO_2、CO、CH_4、甲酸和苯酚为主;主要产物的最大吸光度随升温速率的增大而增大,最大吸光温度向高温侧移动。     

不同升温速率下水煤浆的热解特性分析

采用日本岛津(SSHIMADZU)公司生产的DTG-60H型热重-差热分析仪研究了胜利制浆厂水煤浆在不同升温速率下的热解特性,所采用的升温速率为20℃/min、30℃/min和50℃/min,气体为99.999%的N2,吹扫气体流量为100 ml/min.水煤浆的颗粒粒度分布用德国SYMPA公司SUCELLGL型激光粒度分析仪用湿式方法测得.根据实验数据计算了不同升温速率下水煤浆的热解动力学参数,分析了水煤浆热解特性.结果表明:随着升温速率的增大,水煤浆热解的失重份额和活化能增大,热解特性趋好,放热更集中.     

生活垃圾与柳树枝共热解研究

在热重分析仪和固定床热解炉上进行柳树枝对生活垃圾热解特性影响研究,考察了柳树枝对生活垃圾热解失重率、热解活化能、热解产物产率、热解气组成的影响。热重分析结果表明,生活垃圾(M)、柳树枝(W)及生活垃圾和柳树枝混合物(MW)在265~600℃时失重最明显,当热解温度为600℃时,3种样品的失重率分别为61.41%,57.81%和70.31%;热解动力学分析表明,MW的热解活化能低于M和W,且低于MW理论活化能;固定床热解实验表明,当MW混合比例为4∶1时,热解产物理论值与实验值差距最大,M和W热解过程中存在明显协同作用;对MW热解气组成分析发现,随着W添加比例的增大,热解气体中CO_2产率下降,CH_4,H_2产率增加,当MW混合比例为4∶4时,CH_4和H_2产率分别提高1.13 m L/g和2.53 m L/g,CO_2产率降低1.68 m L/g。     

气体停留时间对流化床褐煤热解产物的影响

在小型流化床热解反应器上,以小龙潭褐煤为热解原料,通过控制二次热解段尺寸和加热条件,研究不同热解温度(500~800℃)和热解气停留时间(5.5~18.7 s)对煤热解挥发产物产率及组分的影响。通过增加管径和增加长度控制气体停留时间,在各个温度下,均会出现焦油产率的下降,气体产率的上升,焦油气相二次反应更为明显。焦油中轻质组分的含量增加,其中苯、二甲苯及多环芳烃含量在较长停留时间下的增加明显,酚类及脂肪烃含量有所下降。焦油发生裂解、缩聚、加氢等二次反应,CO_2、CO等主要煤气组分均有所上升,并随温度的升高更为明显。     

煤泥燃烧产物析出特性的热重-质谱联用分析

为研究含水率和升温速率对煤泥燃烧产物析出特性的影响,采用热重-质谱联用系统对煤泥进行燃烧实验,重点研究了5种含水率和3种升温速率条件下CO、CO_2、NO、NO_2的析出特性。实验结果表明:CO析出主要发生在焦炭燃烧阶段,CO_2、NO、NO_2在挥发份和焦炭燃烧阶段均有析出,析出温度范围分别在300～360℃和360～680℃;含水率对燃烧产物的析出特性影响较小;升温速率对燃烧产物析出有明显影响,随着升温速率增加,CO、CO_2、NO、NO_2的析出强度均增大,析出峰值温度均向高温区移动。     

生物质锯末快速高温热解气化研究

在对木质生物质在0～20℃/min这类较低升温速率条件下的热解特性研究基础上,采用热重分析法并结合TG、DTG曲线研究了干燥锯末在3种不同升温速率下的热解及动力学特性。并计算出活化能、频率因子,分析高升温速率(30、45℃/min)与低升温速率(10℃/min)对锯末热解气化影响的区别。研究结果表明:锯末热解时的最大失重速率随升温速率的升高而增大,在升温速率为45℃/min时达到最大为25.41%/min。在半纤维素热解占主导的阶段,热解反应机理为一级随机成核和随后成长过程,反应的活化能及频率因子随着升温速率的提高呈现先增大后减小的趋势;在纤维素和木质素热解占主导的阶段,热解反应机理为三维球形对称扩散过程,上述2个参数随着升温速率的提高呈现减小的趋势,且较高的升温速率能显著促进锯末挥发物质的析出。     

生物质热解与燃烧特性试验研究

对稻秆的热解特性和燃烧特性进行了热重分析(TG)和差分热重分析(DTG)研究.热解试验中采用高纯氮气作为保护气体.采用升温速率为15 ℃/min、40 ℃/min、100 ℃/min,加热终温800 ℃.燃烧试验在干燥热空气气氛下进行,升温速率40 ℃/min.通过对稻秆热解和燃烧特性的TG和DTG曲线,深入分析稻秆热解、燃烧的基本过程和基本特征.并通过动力学分析获得了不同升温速率下热解和燃烧的活化能和频率因子动力学参数.     

纤维素热解过程的热效应研究

为了进一步了解纤维素热解过程的热流变化情况,在同步热分析(STA)与傅里叶红外光谱(FTIR)联用仪中,采用5,10,30℃/min的升温速率;在绝热加速量热仪(ARC)中,采用0.35,1,1.8℃/min升温速率,分别进行纤维素热解实验,考察热解过程的热流曲线变化规律。结果表明,升温速率为5℃/min时,纤维素的主要失重区间为316³51℃,在此阶段对应着DSC曲线的一个大的吸热峰,FTIR检测到大量的气相产物的析出,吸热量为436.22 J/g。随着升温速率增至10,30℃/min时,热解主要阶段往高温区推移,吸热量也随之增至597.13 J/g和794.23 J/g;在ARC中热解时,纤维素在312℃之前即完成热解,分别放出223.1,744.1,963 J/g的热量。     

升温速率对煤热解特性影响的TG/DTG分析

利用热重法对我国四种典型动力用煤在不同升温速率(20℃/min、35℃/min、50℃/min、75℃/min、100℃/min)下的热解过程进行了研究.由各工况热重曲线得到热解特征参数,利用微分法与积分法相结合的方法求得了各煤样的动力学参数以及机理函数.分析比较了不同煤种、不同升温速率下的热解特性.结果表明,中温段热解反应最剧烈,活化能也最大;随着升温速率的提高,各煤样平均活化能增加.     

阳极热解挥发分氢气和甲烷的析出特性研究

对阳极热解挥发分组分氢气和甲烷的析出特性进行了研究。在小型固定床反应器上对生阳极样品进行了热解实验,考察了不同升温速率和不同阳极体积(重量)对挥发分氢气和甲烷析出的影响。结果表明:氢气和甲烷的析出都呈明显的双峰分布,峰值温度相差230℃左右;随着升温速率的增加,挥发分的析出速率加快,气体析出的峰值向高温侧移动,但两种气体的析出特征基本保持不变。应用高斯分峰法分别对氢气和甲烷气体的析出动力学进行了分析,得到了其释放的动力学参数。     

麦秆酶解残渣热解特性及动力学分析

对比分析了麦秆及其酶解残渣的基础物化特性,利用热重−红外联用技术研究了酶解残渣的热解反应过程及其主要气体产物的析出特性,并用混合反应模型计算了酶解残渣热解过程的表观动力学参数。结果表明,麦秆酶解残渣是一种富含木质素的高灰分、低热值的生物质原料,与麦秆原料相比,其热解过程相对平缓,主要失重温度区间为200℃ ~ 800℃,最大失重峰为350℃,与木质素的热解特性相近;提高升温速率可以使酶解残渣热解反应剩余产物质量明显减少,最大失重速率提高;热解主要气体产物中CH4析出的温度区间为400℃ ~ 700℃,CO和CO2在380℃、450℃和650℃都存在析出峰。动力学分析结果表明,酶解残渣热解过程在低温区（200℃ ~ 350℃）和高温区（350℃ ~ 800℃）分别遵循一级和二级反应动力学规律。     

污水污泥在流化床中快速热解制油

采用流化床污泥热解制油系统,在300～600℃进行污泥快速热解试验,研究了污泥在不同热解温度下的热解特性.结果表明,随着反应温度的提高,残炭的产率减少,不凝结气体产率增加,热解油产率在300～500℃以下随着反应温度的升高逐渐增加,在500℃时达到最大值46.31%,随后逐渐减少;不凝结气体主要由CO_2、CO、H_2、CH_4、C2H_4、C2H_6、C_3H_6和C_3H_8等组成,各成分随反应温度的升高呈规律性变化;通过GC-MS联用分析技术,对热解油中的29种含量(峰面积百分比)大于1%的成分进行了定性分析,400℃时热解油中酯类的含量(峰面积百分比)占绝对优势,而在600℃时,烯烃的含量(峰面积百分比)最多,各种组分的分布较400℃时均匀.