生物质加压热重分析研究

对两种生物质木屑和松针进行了不同压力和升温速率下的热重分析试验,通过生物质热重失重率（TG）和失重速率（DTG）曲线,获得了相关热解特性参数,提出了生物质的挥发分综合释放特性指数D．并通过热分析数学方法求取了生物质热解动力学参数．试验结果表明,氮气气氛中,木屑与松针常压和增压下主要热解阶段可认为两段一级反应;热解压力的提高,将延迟生物质挥发分初析温度和DTG峰值温度,降低最大析出率和DTG峰值,生物质的挥发分综合释放特性指数D也减小,增加了生物质挥发分的析出难度,并改变了热解反应活化能和频率因子．同一压力下,提高热解升温速率,生物质综合特性指数D将增加．     

生物质与含钒页岩共热解动力学研究

针对含钒页岩热值低、热解难度大、热解过程中钒转换率低的问题,文章提出了生物质与含钒页岩共热解的方法,并研究了升温速率对生物质与含钒页岩共热解过程的影响,以及生物质对含钒页岩热解过程的作用机理。研究结果表明:生物质与含钒页岩热解所需的活化能均随着升温速率的加快而呈现出先减小后增大的变化趋势,含钒页岩热解的最佳升温速率为20℃/min,生物质热解的最佳升温速率为25℃/min;在生物质与含钒页岩共热解的过程中,含钒页岩会抑制生物质的热解,但生物质热解产生的大量碱金属等成分会对含钒页岩的热解产生一定的促进作用;玉米秸秆灰分中碱金属及金属氧化物的含量高于锯末灰,这使得玉米秸秆对含钒页岩热解的促进作用大于锯末。     

生物质锯末快速高温热解气化研究

在对木质生物质在0～20℃/min这类较低升温速率条件下的热解特性研究基础上,采用热重分析法并结合TG、DTG曲线研究了干燥锯末在3种不同升温速率下的热解及动力学特性。并计算出活化能、频率因子,分析高升温速率(30、45℃/min)与低升温速率(10℃/min)对锯末热解气化影响的区别。研究结果表明:锯末热解时的最大失重速率随升温速率的升高而增大,在升温速率为45℃/min时达到最大为25.41%/min。在半纤维素热解占主导的阶段,热解反应机理为一级随机成核和随后成长过程,反应的活化能及频率因子随着升温速率的提高呈现先增大后减小的趋势;在纤维素和木质素热解占主导的阶段,热解反应机理为三维球形对称扩散过程,上述2个参数随着升温速率的提高呈现减小的趋势,且较高的升温速率能显著促进锯末挥发物质的析出。     

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。     

农业废弃物共热解试验及动力学研究

采用微机差热天平对稻壳、花生壳、小麦秸秆及其1:1混合样品的热解过程进行研究,并采用FWO法计算共热解反应的活化能。结果表明不同种类生物质共热解与单独热解存在相似性,可以分为干燥脱水、预热解、挥发分大量析出和残余物缓慢分解共4个阶段;3种混合样品热解的着火温度均低于单独热解时的平均值,稻壳与麦秆、花生壳与麦秆混合样品的失重率大于任意组分单独热解的平均值,活化能小于单独热解的平均值,而稻壳与花生壳混合样品的失重率小于单独热解的平均值,活化能大于单独热解时的平均值;不同种类生物质共热解过程具有明显的协同效应,且共热解的协同效应表现为两种生物质联合作用的结果,与掺混比例不存在线性叠加关系。     

小麦秸秆热解产物逸出特性TG-FTIR研究

以小麦秸秆为研究对象,采用热重一傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用技术和分布活化能模型(DAEM),考察升温速率对其热解产物逸出特性的影响,计算热解过程的动力学参数。研究结果表明:随着升温速率的增大,小麦秸秆热解的起始温度和最大失重温度均向高温侧移动,最大失重速率增大,半纤维素热解的肩状峰逐渐出现;热解活化能E介于155~286 kJ/mol之间,指前因子k_0的数量级介于10~(14)~10~(23)之间;热解产物以H_2O、CO_2、CO、CH_4、甲酸和苯酚为主;主要产物的最大吸光度随升温速率的增大而增大,最大吸光温度向高温侧移动。     

恒温下玉米芯焦与煤混燃动力学研究

利用自制恒温热重实验系统,研究煤种、生物质焦掺混比例、生物质焦碳化温度及温度等对玉米芯焦与煤混燃特性的影响,并通过随机孔模型求解燃烧反应活化能。结果表明:玉米芯焦与不同煤种混燃时,均可降低燃烧反应表观活化能,加快燃烧过程;且随所选煤的灰分含量的增加或挥发分含量的减小,玉米芯焦对混合样品燃烧过程的改善程度更加明显。混合样品中玉米芯焦掺混比例增大,燃烧反应表观活化能降低,样品燃烧失重过程加快,燃烧速率增大。制备玉米芯焦的碳化温度升高,掺混试样燃烧过程的改善程度呈现出先增大后减小的变化规律。不同实验温度下的动力学计算结果表明,低温段(800～950℃)的燃烧反应表观活化能明显大于高温段(950～1100℃)。     

O2/CO2/N2气氛下玉米秸秆混煤燃烧特性及动力学分析

以玉米秸秆和煤粉为原料,在不同原料配比,不同升温速率下,利用热重分析仪在模拟锅炉气氛下进行燃烧实验,采用Flynn-Wall-Ozawa法建立动力学模型,研究模拟锅炉气氛下玉米秸秆及其混煤燃烧的燃烧特性及其动力学,对比相同实验条件空气气氛下的燃烧工况结果表明,燃料的综合燃烧特性指数SN随升温速率的增大而成倍增长,因掺入煤粉的比例加倍而减半;随着掺混煤比例的增大,失重速率(DTG)曲线上固定碳燃烧阶段逐渐分化为2个失重峰,模拟锅炉气氛下分化现象更为明显;煤粉的掺入会使燃烧过程所需表观活化能波动增大。     

纤维素的加压热解特性及动力学研究

利用加压热重仪对纤维素进行了热重分析实验,获得了不同升温速率(5,10,20 K/min)和不同压力(0.1,0.5,1,1.5,2 MPa)条件下的热重曲线TG和失重速率曲线DTG,并通过热分析数学方法获得了热解动力学参数。结果表明,在各压力条件下,提高升温速率,纤维素主热解区间均往高温区移动,热解略有加深;在各升温速率条件下,增大压力,主热解区间均往低温区移动,热解时间缩短,剩余残渣百分比增大;在同一升温速率下,随着压力的增大,热解活化能增大,且升温速率越大,活化能随压力增大越明显;在同一压力下,随着升温速率的提高,热解活化能增大,且压力越大,活化能随升温速率增大趋势越明显;在各条件下热解活化能和指前因子存在着较好的补偿效应。     

生物质高温分解产物析出特性的试验研究

采用TG/MS联用仪对3种典型生物质(玉米秸秆、玉米芯和稻秆)在高温分解过程中气相产物的析出特性进行了试验研究,分析了温度、升温速率、氧浓度、生物质种类对其的影响.结果表明:轻质组分的析出集中于挥发分大量热解的温度区域,而焦油组分的析出没有明显的温度窗口;升温速率对各产物析出的影响有限,随着升温速率的增大,挥发分析出特性指数增大,活化能降低,更易于产物析出;有氧环境更有利于热解温度区产物的析出,相比有氧条件下氧浓度的改变,产物的析出对有、无氧更敏感;3种生物质的产物析出量受挥发分含量的影响由大到小依次为:稻秆>玉米芯>玉米秸秆.     

市政污泥与木屑共热解特性及动力学分析

采用热重分析法对市政污泥、木屑及其不同比例的混合样品热解特性进行了分析,研究了升温速率和混合比例对热解过程的影响。对污泥和木屑进行单独热解时,木屑比污泥的反应活性更高;随着升温速率的增大,二者的挥发分析出指数D均有增大,但升温速率对污泥挥发分析出的影响更大;污泥与木屑共热解改善了污泥热解过程的综合热解释放特性,有利于热解反应的进行;随木屑添加比例的增加D值呈指数增长,在木屑添加比例为80%时,D达到最大值118.18×10-8,但仍低于理论值141.67×10-8,说明存在竞争作用。文章采用FWO(Flynn-Wall-Ozawa)和Starink方法,分别计算木屑添加比例为80%的共热解表观活化能。当转化程度α为0.1～0.8时活化能变化较小,α为0.9时活化能分别突增到761.64,786.12 kJ/mol。这说明共热解过程可分为150～520℃和520～1 000℃两个温度阶段,与污泥单独热解相比,降低了转化率达到90%时的终温。     

生物质热解的TGA-FTIR分析

基于TGA-FTIR联用技术,在线分析研究稻壳、稻秆及麦秆3种典型生物质在不同升温速率下的热解特性.分析生物质种类及升温速率对生物质的热解动力学参数及热解产物的影响.研究表明:由于生物质组成不同,其热失重特性也不同,生物质热解反应的活化能较低,为40～60 kJ·mol-1;红外分析表明试验用生物质热解过程中产物的析出规律相似,热解初始阶段先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,生成各种烃类、醇类、醛类和酸类等物质.随后,这些大分子物质又二次降解为一氧化碳为主的气体产物.     

不同类型秸秆生物炭的燃烧特性与动力学分析

研究不同热解温度、粒度、种类的秸秆生物炭的燃烧特性,并进行动力学分析。结果表明,随着热解温度升高,秸秆生物炭的固定碳、C和高位热值均增加,综合燃烧指数减小,燃烧向高温区移动,活化能增大。随着升温速率增高,生物炭综合燃烧指数增大,活化能降低。生物炭着火温度为260～395℃,燃尽温度为480～555℃,500℃制备的生物炭燃烧特性最好,活化能为48～65 kJ/mol。超微生物炭的着火温度、燃尽温度和活化能最低,综合燃烧指数最高,棉花秸秆生物炭更适合作固体燃料。     

微波诱导市政污泥热解实验的热重分析

通过TG-DSC实验,研究微波辐射对污泥热解特性的影响,与污泥-生物质混合热解特性作对比,并利用Coats-Redfern积分法计算出污泥热分解反应的表观活化能、反应级数及指前因子.结果表明,在辐射剂量为10 W/g、20 W/g和25 W/g的条件下,污泥TG实验的失重率分别提高了4.6％、5.7％和1 1.6％;热解反应的活化能分别降低了19.2 kJ/(mol·K)、2.6 kJ/(mol·K)、12.7 kJ/(mol·K),平均降低了24％,反应级数略有变化.在10 K/min升温速率下,添加质量分数为5％的木屑或麦秆,污泥热解失重率分别为4.7％和8.9％.     

坝上地区莜麦秸秆热解特性研究

为实现高寒坝上地区农作物秸秆高效清洁燃烧,文章选取典型莜麦秸秆作为研究对象,通过混合气体模拟烟气燃烧过程中的热解气氛环境,采用热重分析仪研究空气和N2,CO2,O2不同比例组成的混合气体氛围下热失重特性以及升温速率对其影响,采用AKTS软件进行动力学分析。结果表明：莜麦秸秆热解过程可分为干燥（30～140℃）、挥发（140～370℃）、炭化（370～900℃）3个阶段;气体氛围主要影响热解的炭化阶段,对干燥和挥发阶段影响较小;升温速率影响挥发和炭化阶段,升温速率越快,反应速率越大;当热解气氛为15%O2-5%CO2-80%N2混合气体（气体2）时,热解过程所需活化能最少,平均活化能为139.86 kJ/mol。研究结果可为高寒坝上地区生物质秸秆能源化利用提供一定理论依据。     

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.     

石化污泥与烟煤混合共热解特性实验研究

选取石化污泥和烟煤,将两者按不同比例混合。采用热重分析法,在相同升温速率下,对各混合样品进行热解实验,探讨石化污泥与烟煤热解特性的差异及其共热解时石化污泥对烟煤热解过程的影响。结果表明:石化污泥与烟煤的热解过程和反应特征参数差异很大,主要表现在样品的挥发分析出温度区间、总失重率及失重速率上。同时,石化污泥的挥发分综合释放特性指数D远优于烟煤;在石化污泥和烟煤的共热解过程中,石化污泥的添加对烟煤的热解起到一定促进作用,当石化污泥掺入比例为10%时,混合物的热解特性最好。     

海藻热解动力学特性研究

选取江蓠、麒麟菜和马尾藻三种海藻为研究对象,进行热解特性研究.在升温速率分别为10℃/min、20℃/min和30℃/min, 反应终温为700℃的条件下,分别对热失重曲线和失重速率曲线进行分析,考察升温速率、反应温度等对海藻热解过程的影响,建立海藻热解的反应动力学模型,计算出江蓠、麒麟菜和马尾藻的平均活化能分别为156.1 kJ·mol-1、75.0 kJ·mol-1和119.6 kJ·mol-1.     

兰炭生物质复合燃料热解实验分析

采用热重分析方法对生物质复合燃料、无生物质复合燃料、兰炭原料热解行为及其动力学规律进行研究,实验结果发现样品的失重过程分为脱水、脱挥发分,气化反应混合以及气化反应等3个阶段,实验样品的失重率会伴随着温度的变化而变化。对实验样品进行动力学分析,根据3种样品最佳反应温度得出升温速率拟合曲线,3种样品活化能分别为3 562.454、1 042.97、2 904.818 kJ/mol。对比分析得出生物质型炭的活化能大大增加,提高了能量利用率。     

炼化废液与褐煤混合物共热解特性及动力学分析

利用热重分析法对炼化废液与褐煤混合物的共热解特性和组分间相互作用进行研究。在升温速率30℃/min条件下,利用Coats-Redfern法求解不同掺混比例的废液固形物与褐煤混合物的热解动力学参数。废液固形物及其与褐煤混合物热解过程可分为三个阶段,而褐煤为两个阶段。随着废液固形物掺混比例的增加,混合物反应活性逐渐升高,TG曲线向低温区偏移且失重程度加剧,挥发分初析温度(t_s)、热解峰温度(t_p)、热解终止温度(t_f)及残留物含量(M_r)减小,最大失重速率(-v_p)、平均失重速率(-v_v)和挥发分综合释放特性指数(D)显著增大。废液固形物与褐煤在共热解过程中存在着一定的相互抑制作用。动力学分析结果表明,热解过程的各个阶段均可用级数反应模型来描述,活化能随温度升高而增大。