热解条件对秸秆热解特性及生物炭产率的影响

为明确秸秆废弃物生物炭制备过程中的热解特性及其与生物炭产率之间的关联,探寻秸秆废弃物制备生物炭的最佳热解条件,以4种不同类型的秸秆废弃物为研究对象,通过热重模拟结合秸秆废弃物的组分特征,考察秸秆废弃物种类、热解终温、升温速率对秸秆废弃物热解特性及生物炭产率的影响.结果表明,4种秸秆废弃物在热解过程中其最大失重量和最大失重速率均出现在热解阶段,最大失重速率排序为:小麦秸秆＞玉米秸秆＞水稻秸秆＞芦苇秸秆,与秸秆自身的纤维素含量相关.统计分析表明,秸秆废弃物种类、升温速率、热解终温、终温保持时间对生物炭产率均有显著影响.热解终温越高、升温速率越大、保留时间越长,生物炭产率越低.热解终温、升温速率对秸秆生物炭产率的影响规律均与热重模拟实验结果相吻合.综合热解特性、生物炭产率统计分析结果及能耗,选定生物炭的最佳制备条件为以10 ℃/min的升温速率升至500 ℃,保持30 min.     

基于热重分析法的生物质变温热解特性实验研究

生物质是一种重要的可再生能源,热解是生物质热转化利用技术的重要方法之一。采用TA-Q500型热重分析仪对松木在10℃/min,15℃/min,20℃/min,25℃/min四个升温速率下的松木热解特性进行实验研究。研究表明其整体反应温度区间为200～400℃。当升温速率从10℃/min增大到25℃/min后,最大反应速率明显增大,最大反应速率对应的温度提高了14℃,产生了热延迟现象,并且热解特征指数增大了3倍左右。利用Kissinger-Akahira-Sunoes (KAS)方法对热解活化能进行无模型拟合计算,松木热解活化能的平均值为216. 58 kJ/mol。根据所求的活化能值,通过Criado主曲线法对松木热解反应的机理函数进行拟合,松木热解机理主要由随机成核和随后生长模型来控制,在高转化率阶段则转为三阶反应控制。     

油页岩与木屑混合热解特性研究

利用热重分析法,研究了茂名油页岩与木屑在不同升温速率与四种混合比下热解特性,探讨油页岩与木屑共热解时的协同作用。实验结果表明:油页岩与木屑混合热解特性并非二者单独热解的简单叠加,升温速率20℃/min、混合比6:4时混合热解相较于单独热解程度更深,协同特性体现得最为明显。在10℃/min升温速率下,混合热解表现为对热解的抑制作用。     

聚氯乙烯的热解特性和热解动力学的研究

为了研究聚氯乙烯废弃物的热解特性,利用热重分析仪（TGA）,在氮气气氛下进行热重实验。在不同流量、不同升温速率下对PVC进行热解,通过热重曲线和热重微分曲线分析其稳定性,建立反应动力学方程,揭示了PVC的热稳定性、热解反应级数和热解活化能。研究结果表明：热解过程可分为3个阶段,250~350℃为第一失重阶段,350-450℃为稳定阶段,450～600℃为第二失重阶段。PVC的热解为一级反应过程,两个失重阶段的热解活化能受氮气流量、升温速率影响稍有差异。     

茂名油页岩的热解特性

利用热重分析仪在非等温条件下对茂名两个矿区的四种油页岩进行了热解试验研究,试验中以高纯氮气作为载气,采用不同的升温速率(10、20、40、50、100℃/min)加热到900℃。粒径范围0~0.2 mm。由失重曲线可知,油页岩的热解主要集中在200~600℃的温度区间。最后根据试验数据建立了热解动力学模型,利用阿累尼乌斯直接作图法求得表观活化能(E)和频率因子(A)等动力学参数。     

废弃糠醛渣的热分析研究

采用热重分析法对废弃糠醛渣的热解行为及其动力学规律进行了研究.分析了糠醛渣在不同升温速率(5～25℃/min)下热解的实验结果,发现样品的非等温失重过程是由脱水、半纤维素、木质素、纤维素等有机大分子失重阶段组成.用Flynn-Wall-Ozawa积分法、Friedman微分法、Kissinger最大速率法和atava-esták积分法对动力学进行处理.从实验中得到了热解动力学的各种参数,并提出糠醛渣热解在不同升温速率下的动力学方程为反Jander方程,三维扩散,3D.     

变压器油劣化动力学分析

采用热重分析法对变压器油样品的热解行为进行研究,分析变压器油在不同升温速率时的热解特性,根据Coats-Redfern法描述热解过程,计算变压器油在不同升温速率下的热解动力学参数。结果表明：变压器油的热解过程可以分为3个阶段,热解的主要区域的反应级数为1,活化能和频率因子随加热速率的提高而轻微上升.采用DSC法在150℃恒温得到变压器油的氧化诱导期是25 min.     

垃圾渗滤液污泥的有机结构对热解行为的影响

热解是垃圾渗滤液污泥达到减量化、无害化、资源化处置的有效方式之一.试验通过污泥固定床热解分析不同温度下热解产物分布及热解气组分,利用固体核磁测定污泥有机碳结构、热失重分析仪分析污泥的热失重行为,系统地阐释垃圾渗滤液污泥有机碳结构对其热解行为的影响规律.结果表明,污泥中的H/C原子比高达1.97,乙基碳比例为20.98％,脂肪碳链较长,与杂原子相连的脂肪碳比例为22.99％,其两个热失重速率最大峰在247℃与298℃处.在400～600℃温度内,热解挥发分形成动态稳定,热解产物产率保持动态平衡,H2与甲烷释放速率在500℃时达到最大值.600℃后,焦油中的长链烃与热解水发生二次裂解重整反应,半焦气化反应加剧,热解气产率不断增加,C O释放速率不断增加.     

生物质秸秆热解反应及动力学分析

为了对生物质热解设备进行分析和计算,用热重分析仪分别对稻草和玉米秸秆在不同升温速率下进行了热分析研究。结果表明:稻草和玉米秸秆的热解特性基本一致,热解过程可以用同一种模型描述;随升温速率的提高,热解最高速率及其对应温度明显提高。氮气气氛下第一阶段的热解较滞后,空气气氛下DTG失重峰均有提前。并利用Coats-Redfern法计算得到了稻草和玉米秸秆在不同升温速率下的反应动力学参数,为进一步研究生物质的实际热解过程提供了基本的理论依据。     

呼伦贝尔褐煤中低温快速热解实验研究

以呼伦贝尔褐煤为研究对象,陶粒为固体热载体,考察了固定床快速热解过程中温度、颗粒尺寸、反应时间等因素对煤热解产物产率和组成的影响,目的在于能够获得最多轻质油品的热解条件.结果表明,热解时间对气体产品的组成、焦油产率影响不明显.煤粒径对焦油产率影响显著.在热解温度550℃、煤粒径为1.10～1.18mm下,热解30min,焦油收率最高,达到6.2%,与慢速热解相比提高了19.2%,其中正己烷可溶物达77.1%.     

颗粒粒度对油页岩热解特性和动力学参数的影响

在热重—红外联用分析仪上进行了桦甸油页岩的热解特性实验研究,得到了升温速率为20℃/min时颗粒粒度分别为75.66μm、110.05μm、200.21μm和290.40μm的油页岩的热解TG、DTG和DSC曲线,分析了油页岩的热解特性及规律.结果表明,油页岩的热解是分两步进行的,油页岩在低温段的热解是主要的;随着颗粒粒度的减小,油页岩的热解特性趋好.通过数据分析,得到了油页岩在不同阶段的热解反应动力学参数.     

含油污泥焦化处理实验研究

采用焦化方法对含油污泥进行处理.经过筛选选取活性白土作为焦化处理催化剂,分别研究了反应时间、反应温度、氮气吹扫量、加热速率等因素对处理效果的影响.4个影响因素对液相油品收率的影响顺序为:氮气吹扫量＞反应温度＞反应时间＞加热速率;对反应转化率的影响顺序为:反应温度＞反应时间＞氮气吹扫量＞加热速率.较为理想的反应参数:反应温度490 ℃;反应时间60 min;氮气吹扫量90 mL/min;加热速率4 ℃/min.在此反应条件下,含油污泥液相油品收率＞80%,反应转化率＞99.9%,经焦化处理后的废渣含油率＜3‰,达到农用污泥排放标准,实现了达标排放和回收资源的目的.     

褐煤基脱硫炭的制备及其脱硫性能研究

本文利用褐煤为原料,改质沥青为黏结剂制备褐煤基脱硫炭,研究了改质沥青的添加量、炭化升温速率、活化时间对褐煤基脱硫炭耐磨强度、硫容、孔结构的影响规律.褐煤、改质沥青、脱硫炭采用热重(TG)、液氮吸附法(BET)和扫描电镜(SEM)进行了表征.结果显示,炭化升温速率对脱硫炭性能影响较大,采用分段升温(常温~300℃,升温速率为10℃/min;300~550℃,升温速率为2℃/min;550~700℃,升温速率为5℃/min)炭化时所得脱硫炭的耐磨强度、硫容分别达到98.27%,30.20mg/g,高于相应单一升温速率为5,10℃/min时脱硫炭的耐磨强度和硫容.添加沥青使得褐煤颗粒之间的连接增加,因而随沥青含量的增加,脱硫炭的耐磨强度增加;随沥青含量的增加,脱硫炭4~6nm左右的中孔增加;随活化时间的延长,脱硫炭的中孔增加,但中孔的增加使脱硫炭的硫容降低.     

传统热源与微波热源热解污泥特性的TG-FTIR分析

为了解不同热源作用下污泥的热解特性,实现污泥的资源化,采用TG-FTIR联用的分析方法对不同升温速率下污泥传统热解的失重特性和产物生成特性进行了研究,并与污泥微波热解对应的实验数据比较,探讨微波热解污泥的主要过程及特点.结果表明:微波热解的热重曲线与100℃/min升温速率的热重曲线相似,与缓慢热解时的3个阶段相比发生一定的交错.碳氢化合物热解过程中的脱羧基作用产生CO2,烷烃热裂解产生CH4,而未挥发的水分、CO2与污泥中焦炭的反应是CO的主要来源.微波热解条件下,微波能强吸收物质活性炭对CO和H2的产生有很大的贡献.     

低阶烟煤热解特征指数的解析与应用

为评价低阶烟煤的热解反应活性,基于烟煤热重分析提出了一个简单、定量的参数———热解特征指数P.采用热重分析仪对集贤气煤和东荣长焰煤在升温速度为5,15和30℃/min下进行热解,对比了P与其他煤热重分析结果对煤热解反应活性的表征效果.结果表明:TG,DTG曲线和最大失重Wmax不随变质程度或升温速度呈规律性变化,通过TG,DTG曲线和Wmax的变化规律来判断煤种和升温速度对热解反应活性的影响并不合适;当升温速度为30℃/min时,集贤气煤的最大反应速度(dW/dt)max和热解产物释放特性指数R挥发均大于东荣长焰煤,这与煤化学基本理论相悖,所以利用(dW/dt)max和R挥发比较不同煤种的热解反应活性也缺乏准确性;热解特征指数P随升温速度的提高而明显增大,在5,15和30℃/min下,东荣长焰煤的P均略大于集贤气煤,所以P能准确、定量地反映煤种、升温速度对低阶烟煤热解反应活性的影响规律,可用于评价低阶烟煤在整个热解过程中的反应活性.     

典型塑料热解规律的研究

对5种典型的单组分塑料即高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙稀(PVC)进行了系统的热分析,得到了5种塑料在氮气环境下,温度为25~800℃,以及不同升温速率条件下的热解规律和热解反应动力学参数,为进一步设计废旧塑料热解处理工艺装置提供了基本数据.     

玉米秸秆微波热解研究

为了研究玉米秸秆形成可再生能源,通过热解可转化为液体燃料—生物油,利用微波加热,考察了玉米秸秆热解制备生物油的情况.结果表明:玉米秸秆的影响因素很多,包括微波功率、热解温度、时间、加料量、添加剂等;最优工艺条件为:当热解温度500℃、处理量0.3 kg/kW、热解时间15 min、堆密度大于0.40 kg/m3、碳的添加量为秸秆的5%~10%时,生物油产率最大,达到56%.     

不同煤阶煤中温热解半焦微观结构及形貌研究

采制胜利褐煤、神木烟煤及太西无烟煤煤样进行终温为750℃的慢速升温(3~15℃/min)及中快速升温(50~750℃/min)热解;借助X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对3种煤样及其热解半焦的微晶结构及微观形貌进行表征,基于XRD谱图解析获得煤样及半焦样的微晶尺寸L_c和L_a并计算石墨化度g.结果表明:随着煤化程度的增加,煤的石墨化度g,微晶堆积高度Lc和径向尺寸L_a增加,层间距d002降低;随着热解升温速度的提高,褐煤热解半焦石墨化度g增加,烟煤则先增加后降低,而无烟煤表现出先大幅度增加后下降、但下降趋势逐渐变缓;煤焦微晶结构参数受升温速率影响的敏感程度不同,3种煤样煤焦微晶层片大小L_a受到中快速升温的影响较大,在慢速升温过程中变化较小.而层片高度L_c受到升温速率影响程度较小,煤焦微晶单元的内部生长受升温速率尤其是快速升温的影响更大;褐煤慢速中温热解有利于获得反应活性高的产物,无烟煤热解有利于制备高石墨化度的炭素材料,而烟煤的可塑性较高,可通过改变升温速率来获得反应性较好或类石墨化等性质不同的产物.     

热重分析法研究煤粉燃烧过程动力学的Arrhenius方程修正式

煤粉的燃烧过程常被作为能量的提供者应用于不同工业,为研究升温速率对煤粉燃烧过程动力学的影响.本文采用热重分析法对20℃/min、25℃/min、30℃/min和35℃/min升温速率下的煤粉燃烧过程进行分析.结果表明:随升温速率的提高,煤粉燃烧过程有明显的热滞后现象.根据煤粉燃烧过程的特点,以反应速率曲线波谷对应的温度点,将着火点到燃尽点的燃烧过程划分为两个阶段,并分别采用界面化学反应模型和内扩散模型来描述相应阶段的动力学过程.由所获得动力学参数可知,不同升温速率下活化能E_(ai)和指前因子Ai的动力学补偿效应可表示为ln A_i=a E_(ai)+b,升温速率β对活化能E_(ai)的影响可表示为E_(ai)=△E_alnβ_i+E_(a0).随将常用的Arrhenius方程ln k_i=-E_(a0)/RT+ln A_0修正为ln k_i=-E_(a0)/RT+△E_a(a-1/RT)lnβ_i+ln A_0来描述升温速率β对煤粉燃烧过程反应速率常数k的影响.而后,采用10℃/min、15℃/min、40℃/min和45℃/min升温速率下的煤粉燃烧试验对Arrhenius方程修正式的外推性进行验证,效果良好.因此,Arrhenius方程修正式不仅能很好地描述升温速率β对煤粉燃烧过程化学反应速率常数k的影响,而且还具有一定的外推性.     

霍林河褐煤气体热载体错流热解特性研究

采用2 kg/h褐煤气体热载体错流热解实验装置,以经过加热后的氮气作为气体热载体,研究了气体热载体温度、原料粒度以及热载体平均停留时间对霍林河褐煤的热解产物分布特性的影响.结果表明:随着气体热载体温度由500℃升高到700℃,热解反应加剧,焦油产率、热解煤气热值、半焦破碎率和平均孔径均有显著增加;随着粒度由6～13 m...