油页岩挥发分析出及燃烧反应中活化能变化规律研究

为研究油页岩脱挥发分和挥发分燃烧动力学机制,并考察矿物成分对反应过程的影响,利用程序升温热分析技术进行了桦甸油页岩脱挥发分和燃烧实验。采用分布活化能模型获得了反应过程中活化能的变化规律。研究结果表明：油页岩热解挥发分析出和挥发分的燃烧均存在矿物质的催化作用,且催化类别不同,反应中矿物质催化作用使热解和燃烧的活化能出现了降低的趋势,频率因子和活化能之间的补偿关系表现出严格的分段;通过油页岩及相应半焦的燃烧特性对比表明挥发分燃烧过程中挥发分含量导致频率因子和活化能之间的补偿关系改变程度不同。     

油页岩化学结构CPD模型的改进

基于综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(TGFTIR),通过引入轻质气体组分官能团模型,改进油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(CPD)模型,实现其对油页岩热解中轻质气体组分析出过程的精确预测。通过TG-FTIR对甘肃窑街油页岩的热解特性进行研究,利用非线性最小二乘法求解轻质气体各组分的动力学参数,预测出其在加热速率为20℃/min的条件下的轻质气体各组分的析出过程。用CPD模型与改进后CPD模型模拟出20℃/min窑街油页岩的热解过程,对比其实际热解过程分析模型的可行性与合理性,再用后验差检验法分析结果的误差。结果表明:油页岩的脱挥发分过程主要分为3个阶段,300-600℃为主要热解阶段,3个阶段的失重率约为5%、16%、6%;各轻质气体析出的活化能E分布在188~249k J/mol之间,而指前因子A在109~1013s-1之间;改进后CPD模型的预测值与实验值相对误差较小,契合度较高,说明改进后CPD模型能够较精确对油页岩热解过程进行预测与模拟。     

几种恒定高温下混煤燃烧反应动力学模型对比

介绍了均相反应模型、一维扩散模型及球对称收缩核模型等常用煤粉燃烧反应动力学模型,利用这几种模型对高温下混煤燃烧过程进行了动力学计算,得到了高温下不同掺混比混煤的燃烧反应动力学参数,并将模拟结果与实验结果进行了对比;同时以判定系数为指标,对上述3种模型的模拟结果进行了准确性验证。结果表明:3种模型得出的混煤燃烧反应动力学参数值呈现相同的变化趋势,即随着新疆褐煤掺混比的增大,混煤燃烧反应活化能与频率因子数值均减小;不同煤种与新疆褐煤进行掺混时,燃烧反应活化能与频率因子数值大小顺序均为神华无烟煤大同烟煤云南褐煤;3种模型均能在一定程度上反映高温下混煤燃烧的本质,但精度有所不同;在相同温度下(1 400℃),均相反应模型与一维扩散模型的判定系数整体较低且跨度较大,而球对称收缩核模型在各工况下的判定系数比其他2种模型高,表明球对称收缩核模型能够精确地模拟高温下混煤的燃烧过程。     

混煤热解特性的热重实验研究

利用热分析法对混煤的热解特性进行实验研究和相应的动力学分析.通过混煤煤质特性分析发现混煤的元素分析、工业分析及发热量等指标基本上可由相应的单煤特性指标加权平均计算.热重实验结果表明,混煤的热解特性介于参与混配的单煤之间,但并不是单煤特性的简单线性叠加;混煤热解中水分析出单煤保持各自的独立性,挥发分的析出具有交互作用.混煤热解反应的活化能均小于单煤活化能加权平均的结果,且动力学参数之间存在动力学补偿效应.     

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。     

印尼油砂热解动力学新探

印尼油砂在350～520℃区间内,热失重与铝甑含油率相吻合,因此该区间被认为是主产油阶段,对该阶段进行热解动力学分析具有普遍意义.该文基于传统的单组分全局反应模型,用等转化率法求解活化能分布,得出该模型不适用于描述具有双峰重叠特征的主产油阶段.继而先后用双组分叠加反应模型来描述该阶段,用非对称高斯多峰拟合法来分离重叠峰,在此基础上用分布活化能模型和非线性等转化率积分法相结合来计算并提升所求活化能值的可靠性.结果表明,非对称高斯法在拟合效果上优于经典的高斯法,且子峰近似遵循单一的反应机制等结论验证了双组分叠加反应模型的适用性.     

不同升温速率下煤粉热解特性研究

采用TG—FTIR热重红外联用仪对4种煤种进行煤粉热解失重实验,研究不同升温速率下煤粉热解失重特性及改变煤种对煤粉热解失重特性的影响规律,并利用实验结果计算得到相应阶段的反应动力学参数。研究结果表明:不同升温速率下煤粉失重情况较为接近,提高升温速率能够加剧热解反应;随着热解反应进行,因不同阶段化学反应的不同而导致活化能E变化较大;不同升温速率下煤种对热解反应的影响不可忽略。     

海藻的热解特性分析

用热重分析法对一种海洋生物质--海藻类植物江蓠的热解过程及其动力学规律进行了研究。分析了样品在不同升温速率(10、20、30℃/min)和不同粒径(0.18、0.28、0.45 mm)下的实验结果，发现样品的非等温失重过程由脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4 个阶段组成,结合傅里叶红外光谱分析了样品热解过程的主要成分变化，比较了各升温速率下的热解特性参数，并计算出热解产物释放指数r; 随着升温速率的增加，热解反应越容易进行。当粒径小于0.45 mm时，时, 颗粒粒径对热解过程影响不大。用Coats-Redfern方法计算出样品的热解动力学参数,发现其热解反应机理函数不同于木质类生物质，求得的活化能E与频率因子A之间存在动力学补偿效应。     

污泥燃烧的热重实验研究

为了解某污水处理厂的污泥的热解特性,利用热天平对污泥进行了热重实验研究。从实验曲线可以看出,在20℃/min和40℃/min的升温速率下,干燥污泥存在3个失重峰;对实验数据进行了分析处理,采用微分法确定了热解反应的机理方程,求出了反应的动力学参数活化能E和频率因子A。     

粒度和升温速率对低热值煤样热解的影响研究

利用热重法研究了低热值煤在不同粒度和不同升温速率下的热解特性;获得了不同粒度和不同升温速率下热解特性参数,通过动力学分析得到三维扩散模型可以很好反映升温速率的煤样的热解过程,而二级化学反应可以反映不同粒度的热解情况,通过对模型求解得出煤样的活化能与频率因子。     

采用等转化率法研究油页岩热解的动力学特性

以热分析法(TG、DTG)为手段，对桦甸油页岩在不同升温速率(10、20、40、100℃/min)下的热解动力学进行了研究，用等转化率法(Friedman法)求取了桦甸两种油页岩样品的热解反应表观活化能；用Sestak复杂机制对反应机理进行拟合，得到了反应机理函数，最后确定了频率因子A。研究结果表明，在整个转化率范围内，热解活化能并不是一个定值，但在[0.1，0.9]的范围内，活化能随转化率的变化曲线平缓；油页岩热解反应机理复杂，主要以成核机制所控制。     

稻壳热解特性及动力学研究

对稻壳在升温速率分别为20 K/min、30 K/min和50 K/min的情况下进行热重实验,分析结果表明稻壳热解分为3个阶段:失水干燥阶段,挥发分析出段和碳化阶段。通过Coats-Redfern(C-R)法和Malek法进行热解机理的确定及动力学参数的计算,发现其反应机理为球形对称的相边界反应R3,同时求出表观活化能E和频率因子A。最后通过求解热解动力学方程对C-R法求解得到的稻壳热解动力学参数进行验证,发现模型计算的结果与实验值吻合良好,说明用C-R法结合Malek法选出的机理函数可以较准确地描述稻壳的热解过程。     

矿物质对玉米秸秆热解及动力学特性的影响

以玉米秸秆为研究对象,采用热重分析仪对经预处理和添加催化剂(DHC-32、Na2CO3、CaO、ZnO、CaCO3)的试样进行热解试验,考察了矿物质对原样、脱灰试样热解特性的影响,并采用一级反应对其相应热解动力学进行了计算分析。结果表明,脱灰生物质和加入催化剂的原样及水洗试样热解焦炭产率增加,而催化剂降低了酸洗玉米秸秆焦炭产率;经过预处理的玉米秸秆热解活化能大于原样活化能;与未添加催化剂试样相比,除了加入CaCO3的玉米秸秆热解活化能略有升高外,其它添加催化剂试样的热解活化能均有一定程度降低。     

褐煤提质技术的应用现状及前景

褐煤提质技术分为脱水提质、成型提质、热解提质3类。介绍了国内外典型褐煤提质技术的应用情况,以及开发褐煤提质所面临的技术、市场、政策等方面的风险。对我国褐煤提质技术的发展和应用前景进行了分析,认为褐煤提质是其作为发电用煤的重要环节,应细分提质褐煤的应用市场,提高其经济价值。     

生物质热解的动力学特性研究

用综合热分析仪研究了氮气或二氧化碳作为载气的条件下,生物质(稻壳、玉米秸秆和木屑)热解的TG/DTG曲线的比较。依据TG曲线,将热解反应分为两个主导反应区,其拐点温度为Tf,并根据热重试验数据,利用改良的Coats-Redfern法和常用的46种机理函数,计算出生物质热分解反应的表观活化能、反应级数及频率因子。利用这些基础的动力学参数,计算出生物质热解的动力学特征值——反应速率常数k,活化熵△S≠,活化焓△H≠,活化Gibbs自由能△G≠,以及空间位阻因子P。用这些动力学特征值可以深入地了解反应过程和机理,预测生物质热解的反应速率以及难易程度。     

流化床温度下石油焦焦炭与NO反应动力学研究

基于石油焦焦炭的物理化学特性，利用升温热重技术，研究了流化床温度条件下的NO与石油焦焦炭间的多相反应动力学特性，并考察了热解终温以及燃烧过程对该反应的影响。结果表明，在流化床温度下，焦炭对NO的还原反应活性主要由其孔隙结构决定，石油焦焦炭与NO之间多相反应属于内扩散控制。采用Coats-Redfern法分析了升温热重数据，3种不同石油焦焦炭(JMc，GHc，WHc)的动力学机理分别为1-(1-X)4, 1-(1-X)3和-ln(1-X)3，活化能分别为192.17、198.33 和207.7 kJ·mol-1。热解终温的变化对焦样的活性基本没有影响，而反应活性随燃烧的进行有所改善。     

能源作物与传统生物质热解特性对比研究

研究了3种具有代表性的传统生物质以及两种能源作物,按化学组成不同分为4种不同类型的生物质。利用热天平研究了它们在氮气气氛下的热解失重特性,并进行了动力学参数的求取。另外通过固定床和气相色谱仪研究了四类生物质的热解气相产物析出规律。结果表明,能源作物相比传统生物质发生热解反应时活化能较大,但热解程度最高,同时热解后的可燃气相产物析出量明显大于传统生物质。     

秸秆类生物质加压气化特性研究

采用热重分析与气相色谱分析(TG-GC)相结合的方法,开展了水蒸气气氛下生物质(麦秸)加压气化特性研究,探讨压力对反应动力学特性与气化产物的影响。实验结果表明生物质常压气化与加压气化特性有显著差异;加压条件下,麦秸的气化反应过程受化学反应动力学和扩散作用控制。麦秸水蒸气气氛下的热解阶段可视为一级反应,半焦气化阶段视为缩核反应;加压下热解、气化的表观活化能和频率因子均随反应压力的提高而增加。水蒸气对生物质热解气化具有活化作用,相比N2气下麦秸的表观活化能降低。此外,生物质水蒸气气化产物中H2浓度最大,达到50%以上,表明水蒸气是生物质气化制氢适宜的气化介质;随着气化压力的提高,CO2和CH4浓度增加,而CO浓度降低。