等转化率法对生物质热解动力学的研究

采用Starink等转化率法对玉米芯和花生壳的热解过程进行了动力学求解,在不同的转化率下玉米芯的活化能变化较小,基本在(208.11±7.11)kJ/mol,而花生壳的活化能则变化较大。同时,采用主曲线法对玉米芯热解过程进行机理函数筛选,当转化率小于0.6时,玉米芯热解过程遵循四级反应;当转化率大于0.6时,玉米芯热解过程遵循三级反应。     

油页岩半焦燃烧特性的研究

采用热分析法对油页岩半焦燃烧特性进行了实验研究，并讨论了干馏度和升温速率对半焦燃烧过程的影响。干馏度影响失重初析温度和低温段燃烧历程，而对高温段燃烧影响不大；不同升温速率下的燃烧TG陆线表明，升温速率低有利于颗粒的燃尽；而不同升温速率下的燃烧DTG陆线表明，升温速率高，颗粒失重速度快；半焦着火温度随着挥发分含量的降低而明显升高，但升温速率对半焦着火温度影响不大。为保证半焦通过循环床炉膛能一次燃尽，建议适当减小半焦颗粒直径和延长颗粒在炉内的停留时间。最后采用二元一次线性回归法求出了半焦燃烧动力学参数，计算结果可供数值仿真和工程设计参考。     

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。     

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。     

秸秆热解特性及热解动力学研究

用热重一差热分析仪对玉米秸秆在不同升温速率下进行了热分析试验.试验结果表明,玉米秸秆的热解过程主要分为脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段.升温速率在5 K/min、10 K/min和30 K/min时最大质量损失速率对应的温度分别为318℃、325℃和341℃.在热重试验的基础上,分别采用Coats-Redferrl法、最大速率法和分布活化能模型等不同的动力学处理方法对秸秆热解进行了动力学计算,并用Malek法对机理方程进行筛选,得出了不同升温速率下连续的一级反应动力学模型.     

秸秆快速热解动力学特性研究

采用自行研制的大物料热重分析装置研究生物质(秸秆)在800、900、1 000℃等温条件下的热解特性。结果表明,大物料热重反应时间短,各个阶段反应相互叠加,热重分析曲线(DTG)出现多个峰值。采用化学动力学法拟合了秸秆在等温热解过程中的质量损失率与时间的单方程宏观模型,求取了活化能E和指前因子A,得到等温热解反应动力学方程,计算得到质量损失率和反应时间的理论曲线与试验曲线相吻合。     

煤热解特性及热解反应动力学研究

采用热分析法对煤热分解特性进行了热重分析研究,探讨了粒径和升温速率对煤热解失重过程的影响。研究指出,当粒径小于0.25mm时,磨煤过程中煤岩组分富集对热解的影响会大于传热传质对热解的影响。根据试验数据建立了热解动力学模型,分别用积分法和微分法对热解动力学参数求解,得到煤的热解反应级数为3,热解反应动力学参数的计算结果能真实地反映煤的热解情况。     

油页岩及其半焦混合燃料燃烧特性试验研究

用热重-红外联用仪对油页岩及其半焦混合物的燃烧特性进行了动态分析,考察了掺混比例以及升温速率对燃烧的影响,得到了温度范围为30～850℃,在20,50和80℃/min三种不同升温速下的燃烧特性曲线。油页岩及其半焦混合物的整个燃烧过程分为燃烧低温段(着火温度Ti～500℃)、过渡段(500～680℃)和燃烧高温段(680～850℃)3个阶段。随着掺混油页岩比例的增大,混合物着火温度随挥发份含量的增加而明显降低。升温速率越高,所需要的温度和热量越大,峰温移向更高的温度。同时利用傅里叶变换红外光谱仪对燃烧生成气体进行了实时分析。采用二元一次线性回归法得到混合物燃烧反应动力学参数。在低温段活化能和频率因子随着升温速率的增加而降低,而在高温段则随着升温速率的增加而增大。计算结果为油页岩及其半焦混合物的有效开发和经济利用提供了理论基础。     

混煤热解反应动力学特性研究

利用热天平试验测试数据，采用Coats-Redfern积分方法求解无烟煤和烟煤不同比例混煤的热解动力学参数。在整个活泼热解阶段，无烟煤和烟煤的活化能与其热解反应性的对应关系发生了歧变，无烟煤具有较低的活化能，而烟煤具有较高的活化能。煤的热解机制在不同的反应阶段是变化的，通过热分析手段所得的动力学参数反映的是整个热解区域的平均值。对混煤热解进行分段拟合处理的结果表明，混煤在低温段热解机制为一维扩散模型；中、高温度段热解机制为3级化学反应模型。研究结果表明不能仅从活化能数据判断无烟煤和烟煤混煤热解反应性的高低。     

油页岩燃烧性能的热分析研究

采用德国生产的LEITZⅡA热显微镜和中国生产的WRT－2型差示热天平， 对桦甸油页岩的燃烧性能进行了研究。基于实验结果确定了燃烧动力学特性参数并分析了油页岩的燃烧特性。油页岩具有着火容量、着火温度 低、燃烧以挥发分为主、前期燃烧反应强烈、后期燃烧反应能力差、燃尽困难、容易结渣等燃烧特性，是一种高灰分、高挥发分、低热值燃料。油页岩不适合通常的燃烧方式而将其作为循环流化床锅炉燃烧是适宜的。中国油岩资源丰富，已探明的油页岩储量为315．65亿吨，是一种潜在的重要能源，研究结果为桦甸油页岩燃烧的能源利用奠定了基础。     

油页岩和半焦着火特性实验研究

在热重分析仪、固定床和流化床实验台上对油页岩和半焦的着火特性进行了实验研究。在固定床和流化床实验中,根据排放气体(CO,CO2)和床温的变化曲线判断着火温度,结果表明：随着粒径的增大,油页岩和半焦的热重着火温度和流化床一次投料着火温度逐渐增大;固定床实验测得的着火温度比其他技术低,对于流化床一次投料实验,半焦的着火温度在很大程度上取决于投料温度,不同的实验技术对着火机理有很大影响,油页岩固定床实验和流化床间断给料实验为均相着火,流化床一次给料实验油页岩着火机理逐渐向非均相着火过渡;利用热爆炸理论对不同实验条件导致的着火温度不同进行了理论分析,当无量纲换热系数y从0.4167变化到2.0时,无量纲着火温度qg从0.059 9变化到0.067 32。     

油茶壳热解特性及动力学分析

利用热重分析技术研究油茶壳热解特性,考察了升温速率分别在5、10、15、20、25℃/min时油茶壳热解的特征参数,发现油茶壳的热解过程分成3个阶段,主热解阶段在250~350℃之间。分别用Ozawa法和Friedman法对油茶壳热解进行了动力学计算,发现随着热解转化率的增加,活化能分别在139~270 kJ/mol和151~302 kJ/mol范围内。通过Malek法确定了油茶壳热解满足J-M-A方程,反应机制为随机成核随后生长,并给出了机制函数的微分形式和积分形式,反应级数为0.3。该研究为后期油茶壳的热解装置的设计和工艺参数优化提供参考。     

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.     

煤燃烧特性的热重实验研究

以祁连塔煤为研究对象,利用热重分析仪,在不同升温速率下,对祁连塔煤的燃烧特性进行实验研究。分析了升温速率对煤燃烧特性的影响,得到不同升温速率下的燃烧特性参数,如着火温度、着火时间、燃烧最大速率、燃烬度等,并计算了不同升温速率下的反应动力学参数,为进一步研究煤的实际燃烧过程提供基本的实验数据。     

桦甸油页岩半焦燃烧反应动力学研究

模拟巴西PETROSIX炼油工艺自行设计搭建实验装置,对桦甸油页岩干馏制得半焦。对不同干馏终温半焦进行电镜扫描测试,从微观角度分析了挥发分的析出和干馏半焦的结构变化过程;采用美国PerkinElmer公司生产的Pyris1TGA热重分析仪,对桦甸油页岩干馏半焦进行燃烧特性试验研究,并分析了桦甸不同矿区油页岩半焦、干馏终温、和燃烧升温速率等对半焦燃烧反应特性的影响。通过数据分析,利用Coats-Redfern法确定了桦甸油页岩半焦在低温段的燃烧反应级数为3,而在高温段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。     

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。     

垃圾衍生燃料热解热重实验研究

本实验用热重分析法对含75%布、含50%、67%、75%、100%生活垃圾的RDF样品的热解进行研究,通过分析不同热解终温、不同升温速率、不同物料比、添加污泥与添加废石灰对RDF热解过程的影响,分析TG和DTG曲线的变化和特征点温度及不同阶段样品质量变化,计算热解率,研究表明,①热解终温增加,TG曲线向低温区移动,热解率增大,其中最大可达98.6%;②升温速率增加,热解反应向高温区移动,说明升温速率越低,越有利于热解反应进行;③对于生活垃圾与生物质不同配比的RDF热解,生活垃圾比重的增加导致TG曲线向高温区移动,挥发分析出温度延后;④添加污泥的RDF与添加废石灰的RDF相比,热解更充分,热解率由77.14%上升到92.46%。