芦苇热解过程的动力学模型研究

采用热重实验对芦苇的热解特性进行了研究,并采用2种动力学模型对不同升温速率(10、20、30℃/min)下芦苇热解过程进行了动力学研究。实验结果表明,芦苇热解主要分为水分析出阶段(30~120℃)、解聚过程阶段(120~237℃)、挥发分脱除阶段(237~369℃)及无机物和残留有机物的分解阶段(369~682℃),并且随着升温速率的增大,热解温度特征点向高温侧偏移。模型计算结果表明,n级单一反应模型在n=1时拟合程度最高,主要遵循一级反应,活化能分别为30.70、34.60、33.01 k J/mol;分布式活化能模型计算得出的活化能处于30~116 k J/mol之间。通过对比2种模型的计算结果,得出分布式活化能模型能更好地反映芦苇的热解过程。     

城市污泥耦合锯末共热解特性及动力学分析

为实现城市污水污泥与锯末共热解的工业应用,利用热重分析仪对污泥耦合锯末共热解过程进行了实验与理论研究,揭示了锯末添加比例、升温速率对污泥热解特性的影响,并基于Coats-Redfern法,结合20种常见固体热解机理函数确定了污泥耦合锯末共热解过程最优热解动力学模型。结果表明:锯末相比污泥具有更低的表观活化能,最大失重速率是污泥的4倍;锯末的添加使得热重分析(TG)曲线向下偏移,最大失重速率明显增大,挥发份析出特性变强;随着升温速率的增大,固态残渣增加,最大失重速率减小,不利于热解反应的进行;按7∶3比例混合的污泥锯末耦合热解微分热重分析(DTG)曲线峰前(230~350℃)表观活化能为38.81 k J/mol,最优动力学模型为D_5-3D扩散模型;峰后(350~500℃)表观活化能为29.93 k J/mol,最优动力学模型为C~2-化学反应模型。     

榆林木热重及热解动力学分析

对榆林木采用热重分析,通过不同升温速率(10、30、50、80℃/min)下的热解实验,得到TGDTG曲线,分析榆林木的热解特性,结果表明:将榆林木的热解过程分为干燥脱水、挥发分热解、炭化三个阶段,随着升温速率的增加,挥发分热解温度范围扩大,最大失重率所对应的温度升高;采用Lyon积分算法,得到活化能数值随着热解转化的不同阶段而不同,为78.47~271.58k J/mol,炭化阶段活化能最高,其次是挥发分,最小的是脱水。同时验证了:榆林木的热解反应与阿尼乌斯的一阶单步反应具有良好线性相关度。     

城市污泥热解特性及热解过程中Pb、Cd迁移特性

以城市污泥为研究对象,考察了其在不同升温速率下的热解特性、热解反应动力学特征以及重金属Pb和Cd在热解过程中的迁移规律。通过热解失重曲线图得出,污泥的热解过程可分为水分析出阶段、挥发分析出阶段和半焦分解阶段。提高升温速率会导致污泥的失重量减少,挥发分最大失重速率增加。根据Coats-Redfern积分法计算结果得到,挥发分析出的第1阶段和第2阶段的反应级数分别为1和2,且不同升温速率下挥发分析出的第1阶段和第2阶段下的活化能总体上变化不大。通过管式炉热解实验可知,在热解温度为400、500、600和700℃范围内,重金属Pb和Cd的残留率随热解温度的升高均表现为先上升后下降的规律。Cd的残留率在热解温度为500和700℃时分别达到最高(41.64%)和最低(2.92%),而Pb的残留率随温度变化不大,均为93%以上。热解温度为400~500℃,Cd和Pb挥发较少。     

热重-红外联用技术分析桉树热解动力学及挥发产物对结渣影响研究

基于热重-红外联用技术(TG-DTG-FTIR),研究升温速率为10、30、60℃/min下桉树的热解动力学活化能E及挥发分产物吸收带和特征峰。实验结果表明:桉树热解过程可分为水分挥发阶段(0~265℃)、挥发分析出阶段(265~605℃)、炭化阶段(605~700℃),共3个阶段,并且随着升温速率的增大热解最大速率增大,起始热解温度(T_(in))、终止热解温度(T_h)和最大峰值温度(T_(max))的热解曲线均向高温处稍微移动。在不知反应机理函数的情况下,利用Flynn-Wall-Ozawa法在转化率α∈[0.2,0.8]下计算桉树的热解动力学活化能E值,结果在33.25~60.12 k J/mol之间,与Coats-Redfern法求解的结果相近。利用FTIR谱图分析各热解阶段的产物,同时验证与之相应的TG-DTG曲线。     

油泥-煤混合热解挥发分析出特性

利用热重分析的方法对含油污泥、煤及其混合试样的挥发分析出特性进行研究,分析了含油污泥、煤的混合比例及升温速率对含油污泥-煤混合热解过程的化学动力学参数和挥发分析出特性参数的影响规律.实验结果表明,随着混合试样中含油污泥含量的增加,挥发分析出份额越大,混合试样总失重量增加;混合试样的热解反应整体活化能要小于两种单一组分;煤中加入少量的含油污泥就可以使挥发分初析温度显著降低,挥发分析出的温度区间在含油污泥质量分数为33%左右时达到最大;当混合试样中含油污泥质量分数超过33%时,挥发分析出高峰时的温度接近含油污泥,且挥发分最大析出速度、挥发分析出特性指数随含油污泥含量的增加而增大,增加含油污泥对混合试样挥发分的析出有明显的促进作用;在10～30,℃/min的变化范围内,热解曲线随升温速率的增大向高温方向偏移,挥发分析出特性指数随升温速率的增加略有增大,升温速率的增大对于挥发分的析出略有促进作用.     

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。     

基于CPD模型数据的煤粉单步热解模型

基于化学逾渗脱挥发分(CPD)煤热解模型数据,以单步热解模型为基础建立了煤热解新单步模型.新模型的特点是指前因子与活化能随煤粉颗粒升温速率的变化而变化,而不再是常数;实际挥发分析出量同样与升温速率和热解温度相关联.利用实验数据对新模型进行了验证,并离线计算、比较了新模型与现有单步模型的计算结果.在此基础上,通过编写UDF将新模型添加到商业CFD计算软件Fluent平台上,利用新模型对煤热解实验结果进行了模拟与对比.结果表明,与Fluent默认单步模型相比,模拟得到的挥发分析出量及热解速率与实验结果更接近.     

废弃柞木段热解特性及其反应动力学研究

以废弃柞木段为研究对象,进行了不同升温速率(5,15,25℃/min)下的热解失重实验以及TG和DTG曲线分析,采用分布活化能模型(DAEM)和一级反应模型研究其反应动力学特性。结果表明,脱水干燥的废弃柞木段热解过程主要分为过渡、挥发分析出和碳化3个阶段,随着升温速率的提高,DTG曲线有向高温侧移动的趋势,不同升温速率下的最大热解速率所对应的温度在360~380℃;采用DAEM得到的主热解阶段活化能为210~260 k J/mol,一级反应模型得到的主热解阶段活化能约为62 k J/mol,两种模型都能够较好地描述废弃柞木段主热解阶段,而DAEM模型更为全面。     

污泥与木屑共热解特性研究

文章采用污泥、木屑为原料,在氮气气氛下进行热重实验,研究了升温速率和木屑添加量对污泥与木屑共热解特性的影响规律,并进行动力学分析。研究结果表明:随着升温速率的增加,样品挥发分析出阶段向高温方向移动,最大失重速率增加;随着木屑添加量的增加,样品总失重量及最大失重速率均显著增加。动力学分析认为:污泥热解的反应机理为三维扩散,机理函数为Z-L-T函数;污泥与木屑共热解的反应机理为成核和生长,机理函数为Avrami-Erofeev函数。污泥热解活化能为287.29～390.57 kJ/mol,污泥与木屑共热解活化能为170.16～277.05 kJ/mol,木屑的加入降低了污泥的热解活化能。