玉米秸秆热解特性及动力学的实验研究

本文采用热重分析(TGA)对华北地区常见的玉米秸秆的热解过程及其动力学规律进行了研究。实验中分别以三种不同的升温速率在氮气气氛下将样品从室温加热直至挥发分完全分解。实验结果表明:样品的非等温失重过程由脱水、剧烈失重和缓慢失重三个阶段组成;随升温速率的提高,样品的最大热解速度提高,对应的峰值温度提高,达到失重峰的时间缩短很多,表明加热速率越大挥发分析出的速度越快。建立了玉米秸秆的热解反应动力学方程,得出了玉米秸秆的热解反应动力学参数,并探讨了相应的热解机理。     

玉米秸秆热解特性的实验研究及动力学分析

采用TA-Q500型热重分析仪,在升温速率分别为20、40、80、100℃/min的条件下对玉米秸秆进行了热解实验,研究其热解特性,并分别应用Popescu法、Flynn-WallOzawa(FWO)法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法求解了热解反应动力学的最概然机理函数、活化能与指前因子。结果表明:反Jander方程三维扩散机理为理想的最概然机理函数;随着升温速率的增加,样品失重曲线向高温侧移动,初始热解温度、失重高峰温度及终止温度均有所升高,热解反应活化能也呈逐渐增加趋势。     

农业废弃物的热解特性分析及动力学模拟

采用热重分析技术对中国典型农业生物质废弃物(玉米秆、稻草和棉秆)的热解行为及其动力学规律进行了研究,定量分析了升温速率对生物质热解特性的影响规律,建立了生物质热解的反应动力学模型.结果表明,农业生物质的热解表现出相似的规律,热分解主要集中在200-400℃.在升温速率为10℃/min时,玉米秆、稻草和棉秆分别在347.6、315.4和345.2℃取得最大反应速率8.00、7.35和7.68％/min,当温度达到900℃时,焦炭产率分别为24.5％、30.8％和20.7％.在低升温速率下,挥发分析出阶段的起始温度与升温速率的对数呈线性关系,最大热解速率随着升温速率的增大呈线性增大趋势.三组分模型可以很好地模拟木质纤维类生物质在不同升温速率下的热解行为.纤维素分解对生物质热解的贡献最大,半纤维素次之,而木质素最小.     

升温速率、气氛与粒径对玉米秸秆热解特性的影响

为研究升温速率、气氛和粒径对玉米秸秆热解特性的影响规律,在TA-Q500型热重分析仪上进行了相应的热解实验。结果表明:随着升温速率的升高,玉米秸秆的热解速率与峰值温度均增大,总体热解反应过程更集中;氮气气氛下,玉米秸秆的热解DTG曲线仅有1个明显的失重峰,而空气气氛下则表现出明显的双峰,且氮气气氛下热解的总失重量小于空气气氛;随着玉米秸秆粒径的增大,热解的初始温度、峰值温度及终止温度均呈增大趋势,同时最大失重速率也略有增大,但变化并不明显。     

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。     

玉米秸秆燃烧特性的实验分析

利用热重分析仪对玉米秸秆在以20℃/min、40℃/min的升温速率下进行了燃烧实验。对玉米秸秆的燃烧失重过程进行了分析并且得到燃烧失重特征参数。根据TG-T和DTG-T曲线,将玉米秸秆开始燃烧后的失重区分为3个部分:挥发分、固定碳剧烈失重区间和这两个区间中的缓慢失重区间。对挥发分、固定碳剧烈失重区间各自建立了相应的燃烧反应动力学方程,得到了不同温度区间的表观活化能、频率因子等燃烧动力学参数,并提出了相应的燃烧机理。     

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。     

煤粉热解特性实验研究

利用热天平,以高纯氩气为气氛气体,研究了细化鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性。实验结果表明,不同粒度的细化和超细煤粉的热失重过程可以分为四个阶段,在1400℃之前DTG曲线有两个失重峰。从室温至400℃之间的,各样品的失重特性无明显区别。在400-980℃间,粒度对煤粉失重速率间存在较好规律性。升温速率对鹤岗细煤粉热解特性的影响表现在,随着升温速率的提高,挥发分的初析温度降低;热解最大失重速率增大,达到最大失重速率的温度升高,煤粉的热解特性指数D值增大,即升温速率的增加有利于细煤粉的热解。此外,在10℃/min加热条件下,对比了平均粒径基本相同的鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性,发现挥发分含量接近,而灰分含量较高的鹤岗煤的热解特性明显优于准噶尔煤。     

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。     

生物质成型燃料热解与燃烧特性研究

利用NETZSCH STA409PC型热重-差热分析仪对由木屑、秸秆等农林废弃物制成的生物质成型燃料的热解与燃烧过程进行热重分析。对TG、DTG曲线进行分析,结果表明生物质成型燃料热解过程分为干燥、热解与炭化3个阶段,热解过程随着升温速率升高出现热滞后现象。对热解剧烈失重区间建立了反应动力学模型,求解出此温度区间的表观活化能、频率因子等动力学参数,生物质成型燃料燃烧过程出现两次明显失重过程。