农业废弃物葵花秆热解过程几种动力学模型结果比较

利用同步热重分析仪考察了不同升温速率下葵花秆的热失重行为并进一步研究了其热解特性,根据热重数据采用四种热分析动力学模型:Friedman法、Doyle法、Flynn-wall-Ozawa(F-WO)法和DEAM法研究了葵花秆的热分解动力学,估算出热解反应的表观活化能。结果表明:葵花秆的主要失重区间为200~400℃,随着升温速率的提高,葵花秆热解的初温度升高,热解向高温方向移动。同时四种方法获得的葵花秆活化能值分别为519.1kJ/mol,235.33kJ/mol,223.8kJ/mol和224.9kJ/mol。采用Friedman法得到的活化能值高于其它三种方法。葵花秆热解是包含了分子键能断裂的一系列复杂、连续反应过程。     

内蒙褐煤热解特性的研究

采用非等温热重法对内蒙褐煤的热解特性进行了研究,探讨了粒度和升温速率对热解过程的影响,采用积分法和微分法相结合的方法,找到了内蒙煤干燥和热解的机理函数,求出了5种煤样的动力学参数。研究表明,褐煤的热失重过程分为4个阶段,第一阶段(室温～200℃)为干燥脱气阶段,其他3个阶段为煤热解阶段。粒度和升温速率对热失重过程略有影响。     

松木屑生物质热解特性研究

以氮气为载气,采用热重分析仪对松木屑进行热解实验,考察了载气流速、升温速率等对松木屑热解过程的影响,求解了热解表观动力学参数。研究表明,松木屑的热解过程分三个阶段,主要热解温度为200～450℃,600℃后热解反应基本完成;载气流速对热解反应影响较小,升温速率对热解反应影响较大;松木屑热解表观活化能在40～70 kJ/mol范围内。     

褐煤热解特性及热解动力学研究

采用非等温热重法对白音华褐煤热解特性进行了实验研究,考察了升温速率和粒度对白音华褐煤热解特性的影响,同时对其热解动力学进行了分析。结果表明：升温速率是影响褐煤热解的主要因素,粒度对褐煤的热解也有一定的影响。利用Coats-Redferm积分法确定了褐煤热解低温段的动力学参数。     

内蒙和印尼褐煤的热解特性及动力学分析

采用非等温热重法对内蒙和印尼两种褐煤的热解特性进行了研究,探讨了升温速率对热解过程的影响,然后用Doyle积分法对褐煤的热解进行了动力学分析.研究表明,两种褐煤的热失重过程都分为四个阶段,第一阶段(室温～200℃)为干燥脱气阶段,其他三段为煤热解阶段.升温速率对热失重过程略有影响,通过动力学分析所得的热解动力学参数能很好地反映煤的热解情况.     

利用热重-红外联用对生物质热解特性研究

采用热重-红外(TG-FTIR)联用技术研究不同升温速率对生物质热解特性影响。以氮气为载气,在室温和600℃区间,以3种升温速率(10,30,50℃/min)对生物质试样(麦秆)进行热解实验,确定了生物质起始分解温度,热解失重主要发生在快速热解阶段,升温速率越高,热解起始温度和失重速率越大;热解气体通过FTIR分析结果表明,热解初始阶段的气态产物主要是水蒸气和少量的CO及CO2,随着温度的升高,热解的主要气态产物变为CO、CO2、CH4以及小分子烃类。     

利用热重-红外联用对生物质热解特性研究

采用热重-红外(TG-FTIR)联用技术研究不同升温速率对生物质热解特性影响。以氮气为载气,在室温和600℃区间,以3种升温速率(10,30,50℃/min)对生物质试样(麦秆)进行热解实验,确定了生物质起始分解温度,热解失重主要发生在快速热解阶段,升温速率越高,热解起始温度和失重速率越大;热解气体通过FTIR分析结果表明,热解初始阶段的气态产物主要是水蒸气和少量的CO及CO2,随着温度的升高,热解的主要气态产物变为CO、CO2、CH4以及小分子烃类。     

橡胶催化热解动力学分析

利用TG-DTG技术研究了橡胶催化热解过程,并采用多升温速率和单升温速率相结合的方法对热解第一阶段动力学数据进行分析。推导出橡胶热解反应级数为3/2,反应动力学方程为da/dt=2/(3~(1/2)a)·A exp(-E RT),表观活化能为148～162 kJ/mol,指前因子lnA为28～32。     

啤酒过滤用废硅藻土的热解特性及动力学

通过热重分析研究了废硅藻土在室温~1 173 K下的热解特性,实验在高纯氮气气氛下进行,升温速率分别为5,10,15 K/m in。结果表明,热解过程分为3个阶段,主要热解阶段为酵母细胞和蛋白质分解过程,随着升温速率的增加,DTG曲线峰值向高温区移动。采用积分法Coats-Redfem方程得出废硅藻土热解过程符合3级反应机理模型,并得到了5,10,15 K/m in升温速率下的表观活化能51.13,58.14,69.21 kJ/mol和指前因子2.5E+04,1.1E+04,6.8E+05 m in-1。     

酸性糠醛残渣热解实验及热解炭性能研究

为解决糠醛渣的堆放及资源的合理利用,以糠醛渣为研究对象,分别在同步热分析仪及管式炉上进行热解实验研究,主要考察热解终温、升温速率、碳酸钠含量对糠醛渣热解产物分布及热解炭性能的影响。同步热分析仪分别以10—40℃/min的升温速率升高到850℃(10℃/min添加碳酸钠);管式炉上以10℃/min的升温速率到达热解终温300—600℃。结果表明:热重分析确定热解失重过程为干燥段、挥发分逸出段、热解炭化段3个阶段,确定主要热解温度区间为300—600℃。添加碳酸钠后抑制水分的析出,失重变化率峰值变大,表明碱金属钠盐促进纤维素的分解。随着热解温度的升高热解碳的p H值逐渐增大,热解温度为400℃时达到最高的亚甲基蓝脱色率44.4%。热解炭可进一步用于活性炭染料吸附。     

藻渣热解特性及动力学分析

通过热重实验研究N₂气氛下升温速率对索氏提脂后的小球藻热解特性的影响,利用管式炉在N₂气氛下快速热解实验得出：在400℃时,小球藻热解转化率最高,生物油产率达57.6%,热解气为10%。采用等转化率方法FWO和KAS法对藻渣热解动力学进行分析和比较,结果表明：藻渣热解的主要热解阶段为25～800℃,可分为3个阶段,藻渣的DTG曲线存在两个失重峰,且随着升温速率提高,TG和DTG曲线都向高温区偏移,最大失重速率和残余固体质量都增加。N₂气氛条件下藻渣的主要热解阶段表观活化能和指前因子分别为228.46 kJ/mol和2.49×10²¹ min^-1,此阶段下FWO法和KAS法均能很好模拟藻渣热解数据,线性拟合相关系数(R²)均在0.96以上,最佳热解函数为dα/dT=2.49×10²¹/β exp(-228.46/(RT))(1-α)⁸。     

基于热重-红外联用技术分析油酸的热解特性及动力学分析

利用热重红外联动技术（TG-DTG-FTIR）研究了橡胶籽油中的单不饱和游离脂肪酸油酸组分在不同升温速率（5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min）下的热解特性。然后,用多元线性回归法对油酸非等温热解所得到的特性参数进行研究并计算,求得不同升温速率下对应的反应级数、活化能和指前因子,并对不同升温速率下油酸热解反应活化能和指数前因子作线性拟合。结果表明：油酸热解过程主要可分为0～268℃和268～300℃两个阶段,由红外谱图特征峰的分析可知,不同升温速率下,在油酸热解的阶段内均出现了水蒸气、CH₄、CO₂和CO这4种主要气体挥发分。随着升温速率的增大,油酸热解的最大失重速率随之增大,热解区间也向着高温段移动,同时计算在升温速率从5～30℃/min的过程中,反应级数n=1时,热解反应活化能由105.57kJ/mol降低至93.99kJ/mol,指数前因子由6.99×10⁶降低至6.7×10⁵;n≠1时,热解反应活化能由102.45kJ/mol降低至93.38kJ/mol,指数前因子由3.13×10⁶降低至2.97×10⁴,反应活化能和指数前因子随升温速率的增大出现明显减小。通过对不同升温速率下油酸热解反应的活化能和指数前因子进行线性拟合后发现,两者间具有较好的补偿效应。     

杯［6］芳烃热解及热动力学特性分析

在氮气氛围中，利用热失重分析方法对杯［6］芳烃与对叔丁基杯［6］芳烃的热解特性进行了研究，同时采用热分解动力学分析方法计算了反应过程对应的活化能以及最优机理函数方程。结果表明，对叔丁基杯［6］芳烃由于叔丁基的不稳定性导致其初始热分解温度同杯［6］芳烃相比提前约160 ℃，此之后的分解过程同杯［6］芳烃基本一致（即发生桥联的亚甲基断裂与母体苯环的热裂解），整体上残炭量杯［6］芳烃略高10 %；热解动力学分析表明，依据Kissinger和Flynn?Wall?Ozawa方法求出的杯［6］芳烃反应活化能分别是387.87 kJ/mol和376.28 kJ/mol，对叔丁基杯［6］芳烃脱叔丁基过程的化学反应活化能分别为223.56 kJ/mol和240.97 kJ/mol；依据Coats?Redfern方法求出杯［6］芳烃热解机理函数为g（α）=［-ln（1-α）］^2/5，反应级数n=2/5，对应非等温热解机理为随机成核和随后生长反应，对叔丁基杯［6］芳烃脱叔丁基过程的热解机理函数为g（α）=［-ln（1-α）］^1/2，反应级数n=1/2，对应非等温热解机理为随机成核和随后生长反应。     

玉米秸秆热解特性及动力学分析

以玉米秸秆为原料, 利用热重分析法研究其热解的特性及动力学。根据TG和DTG曲线, 研究玉米秸秆的热解特性, 采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)两种等转化率法计算玉米秸秆热解的活化能, 并结合主曲线法和Coats-Redfern(C-R)法探讨了玉米秸秆热解遵循的机理方程。研究结果表明: 玉米秸秆热解过程可分为干燥脱水、过渡、主热解和炭化4个阶段, 随着热解升温速率增大, TG和DTG曲线向高温侧偏移; 利用FWO和KAS法计算得到的表观活化能分别为181.7和181.5 kJ/mol; 利用主曲线法和C-R法求解出玉米秸秆热解的机理方程遵循Avrami-Erofeev方程, 当α=0.1~0.5时, n=3, f(α)=1/3(1-α)[-ln(1-α)]^-2; 当α=0.5~0.7时, n=2, f(α)=1/2(1-α)[-ln(1-α)]^-1。     

芦苇秆热解特性及动力学分析

为了充分利用芦苇秆生物质能源,以不同升温速率对芦苇秆进行热重实验,分别运用Coats-Redfern（CR）法、Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法、Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）法计算芦苇秆热解动力学参数,并利用主函数图法确定反应机理和动力学。结果表明：芦苇秆热解可分为4个阶段,其中190~400℃为主要热解阶段。在此阶段,将3种方法计算所得转化率（α）与实验数据进行对比,发现当温度大于250℃时,Coats-Redfern法计算值与实验数据偏差较大,而Flynn-Wall-Ozawa法与Kissinger-Akahira-Sunose法在整个阶段内吻合度较高。由主函数图法可知芦苇秆热解最佳反应机理为随机成核,反应级数为2。对比残差平方和发现,Kissinger-Akahira-Sunose法相比于Flynn-Wall-Ozawa法更适合计算芦苇秆热解动力学参数,计算的表观活化能随转化率的增大呈先增大后减小的趋势,并在转化率为50%时达到最大值286.9 kJ/mol。     

葡萄树枝烟气气氛下热解气化特性研究

以葡萄树枝为研究对象,采用热重-傅里叶变换红外光谱（TG-FTIR）联用技术,研究了反应气氛和升温速率对其热解特性的影响。结果表明：在烟气气氛（80% N₂、15% CO₂、5% O₂）下,DTG曲线在80、350和800℃温度附近存在3个明显失重峰,而在氮气气氛下仅存在80和350℃左右2个失重峰;升温速率为30℃/min时,氮气气氛下样品失重率达80%左右,而烟气气氛下达到95%。说明烟气气氛可提高葡萄树枝转化率,促进热解气化反应的进行。升温速率对生物质热解气化过程有双重影响,提高升温速率有利于葡萄树枝挥发分析出,促进热解气化反应进行,但容易引起葡萄树枝炭结焦,进而影响热失重的进程。热解析出产物采用FTIR分析,结果表明：不同热解阶段气体析出产物及析出量差别很大,且不同热解产物的析出特性由葡萄树枝样品内部官能团的重组、断裂引起。360℃时热解析出的气相产物种类最多,主要包括CO、CO₂、H₂O和CH₄等小分子气体,以及醛类、烃类、羧酸类等大分子物质。     

基于TG分析的杯［8］芳烃热解机理与动力学分析

运用热失重分析法对杯［8］芳烃和对叔丁基杯［8］芳烃氮气氛围下的热解状况与热解机理进行了探究,同时采用热分解动力学方法求解了二者热解过程对应的反应活化能和最优的机理函数方程。结果表明,对叔丁基杯［8］芳烃由于结构中的C—H σ键以及 C=C π键的强相互作用力,整体结构更为稳定,杯［8］芳烃具备优良的成炭性能,对叔丁基杯［8］芳烃具备优良的热稳定性能,二者的分解温度对于高分子材料的适应性较强;依照Kissinger方法和Flynn?Wall?Ozawa计算的杯［8］芳烃的反应活化能分别为179.14 kJ/mol和192.84 kJ/mol,对叔丁基杯［8］芳烃的反应活化能分别为291.61 kJ/mol和312.14 kJ/mol;依照Coats?Redfern方法计算的杯［8］芳烃的热解机理函数为g（α）=［-ln（1-α）］^1/3,反应级数n=1/3,对应非等温热解机理为随机成核和随后生长反应,对叔丁基杯［8］芳烃的热解机理函数为g（α）=α^1/3,反应级数n=1/3。     

玉米秸秆棒状燃料热解过程和产物特征研究

以玉米秸秆棒状燃料为原料,在固定床反应器上探究热解温度对玉米秸秆棒状燃料热解过程和热解产品性质的影响。研究发现,随着热解温度的升高,热解气体产量增加,固体炭产量逐渐减少,生物油产量先增后减在450℃时达到最大值35.61%。对固体炭进行工业分析,发现其灰分含量较高;FT-IR分析表明:玉米秸秆棒状燃料的热解反应主要发生在650℃之前;SEM图显示断截面表现为蜂窝状的孔结构。生物油的GC-MS分析表明:在250~750℃下生物油的组成主要是呋喃、酮、醛和酚类等含氧化合物,其中酚类和呋喃类化合物是含量最多的物质;而在850~950℃下以多环芳烃类化合物为主。热解气的主要组成是CO₂、CO、CH₄和H₂,同时有少量的C₂H_n化合物,在250~450℃范围内,气体的主要组成是CO和CO₂,随着温度升高,CO、H₂、CH₄和C₂H_n逐渐增加,热解气的热值逐渐增加,在650℃下气体产品的热值已达到13.05 MJ/m³,当温度大于650℃后,热值增加速率变慢。     

典型宁东煤热解阶段硫迁移路径的分子动力学模拟

以典型宁东煤为研究对象,采用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和¹³C固体核磁共振(¹³C-NMR)等手段研究了煤样的元素组成、原子比、官能团类型及含量等分子结构特征,构建了含硫原子的宁东煤有机化学结构。通过反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟,考察了热解温度和升温速率对典型宁东煤热解产物的影响,结果表明:热解温度低于1500 K时,热解产物中气体组分较少,重质焦油较多;随着热解温度升高(1500 K~2500 K),大分子化合物和活性自由基均会发生二次反应产生小分子碎片,气体产物快速增加;增大升温速率会减少C1~C4有机气体的生成,促进重质焦油的产生;16 K/ps和2500 K分别是合适的模拟升温速率和热解温度。污染性元素S的迁移路径分析结果表明:宁东煤热解过程中S原子容易迁移到相对分子质量小的有机碎片中,最终将以硫氢根的形式与H自由基结合生成H₂S参与后续燃烧反应。     

基于Py-GC/MS的污泥含碳、氧官能团热解演化过程研究

基于裂解-气相色谱/质谱联用技术（Py-GC/MS）,分析了污泥中主要含碳和含氧官能团在不同温度条件下的热解演变规律和热化学转化路径。结果表明,污泥中主要含碳和含氧官能团为碳碳双键（C=C）、羧基（COOH）、羟基（-OH）、醛基（-CHO）和苯环（π-π^*）。温度对官能团裂解演变的影响较大,低温热解阶段（＜350℃）,温度升高导致产物中-COOH含量降幅最大,约降低33%;中温热解阶段（350～550℃）,产物中C=C、-OH、-CHO和π-π^*生成量显著增加,而-COOH呈下降趋势,但其所占质量比仍最高;在高温热解阶段（>550℃）,由于脂肪烃分子化学活性增强,主要发生以脱水、脱羧、脱羰和羟醛缩合等为主的芳香化缩聚反应,同时由于污泥中的蛋白质、纤维素等大分子热解使得π-π^*成为产物中主要官能团。根据各个官能团热解演变规律,提出了污泥含碳、含氧官能团热解演变反应路径。