玉米秸秆和海藻共热解特性研究

为解决陆地生物质资源短缺,开发水生生物质有效替代部分陆地生物质迫在眉睫。通过热重法研究玉米秸秆和海藻共同热解的特性,重点考察掺混比例和升温速率的影响,并对混合样品的热力学特性和动力学特性进行分析。结果显示,热解分为干燥、挥发分析出及焦炭热解三个阶段。掺配后的混合样品最终失重率与最大失重速率均小于纯秸秆与纯海藻。随着海藻掺配比例的增加,可燃性指数Ca先增大后减小,燃尽特性指数K递减,热解特性指数S先增大后减小。不同升温速率工况下,在热解区间（200～600℃）,随着升温速率的升高,样品的热重曲线右移,失重率越来越大,最大失重速率先减小后增大,30℃/min时最小。Ca在递减,K、S呈增加趋势。动力学研究结果表明,不同掺配比例工况下,混合样品存在明显的协同作用,降低了共热解所需活化能。在不同升温速率工况下,升温速率越大,所需要的活化能越小,样品越容易发生热解。     

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.     

纤维素微波热解基础研究

为了改善生物质热解油品质,有必要开展微波选择性热解的基础研究。以微晶纤维素为模型,研究微波热解温度、微波吸收剂(催化剂)等条件对产物分布组成规律的影响,确定了呋喃类和糖类是裂解的主要产物。通过分析几种主要产物的变化行为和转化途径,认为微波特有的"体加热"机制促进了3,6-脱水吡喃糖开环路径、左旋葡萄糖二次脱水以及通过C2和C5的缩合形成呋喃结构葡萄糖苷。在此基础上,探讨了纤维素微波热裂解机理模式。     

TG-MS联用分析海藻和稻壳的协同耦合热解机制

采用TG-MS分析技术,对条浒苔、稻壳及条浒苔与稻壳质量比(3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3)混合物的热解过程进行研究。条浒苔和稻壳热解特性存在很大差异:前者在主要挥发分析出阶段表现为放热,后者主要表现为吸热。而条浒苔与稻壳任意比例混合热解时均表现为放热,说明两者混合热解可实现能量的耦合、减少外部供给热量。两者混合后在主要热解阶段热失重速率试验值高于理论值,且在混合质量比为1∶2时提高最明显。通过热重-质谱分析可知,由于稻壳的加入,条浒苔和稻壳混合热解生成NO、NO_2和SO_2气体的反应受到抑制,且在混合质量比为1∶3时抑制效果最强。故条浒苔与稻壳的混合热解,并非各组分热解特性的简单叠加,而是发生协同耦合效应。     

高含灰量海藻热解产物及热解特性研究

对高含灰海藻进行水洗和酸洗预处理,比较了预处理前后海藻的基本特性及在700℃时管式炉热解产物成份,并进行了动力学特性分析。结果表明:高含灰海藻酸处理后,含灰量由34.9%降为12.4%,有机挥发份从56%升为64%,热值由8.89MJ/kg上升为17.65MJ/kg;高含灰量对海藻热解有明显影响作用,处理前海藻有机物有两次降解峰,而水洗和酸洗后海藻在500℃以下几乎降解完全;海藻在700℃时,热解产气率(87mL/g)低,焦油含量少(15%),经水洗和酸洗后的原料产气率高(195mL/kg),焦油得率36%;通过建立热解动力学模型,得到了原料的活化能E和频率因子。     

纤维素热解过程的热效应研究

为了进一步了解纤维素热解过程的热流变化情况,在同步热分析(STA)与傅里叶红外光谱(FTIR)联用仪中,采用5,10,30℃/min的升温速率;在绝热加速量热仪(ARC)中,采用0.35,1,1.8℃/min升温速率,分别进行纤维素热解实验,考察热解过程的热流曲线变化规律。结果表明,升温速率为5℃/min时,纤维素的主要失重区间为316³51℃,在此阶段对应着DSC曲线的一个大的吸热峰,FTIR检测到大量的气相产物的析出,吸热量为436.22 J/g。随着升温速率增至10,30℃/min时,热解主要阶段往高温区推移,吸热量也随之增至597.13 J/g和794.23 J/g;在ARC中热解时,纤维素在312℃之前即完成热解,分别放出223.1,744.1,963 J/g的热量。     

纤维素热解生物油特性研究

为深入了解生物质热解生物油的特性,对生物质的主要成分纤维素热解生物油的析出和演变特性进行研究。在固定床上研究纤维素在不同温度(280~550℃)下的快速与慢速热解以及不同气相停留时间对纤维素生物油特性与组成的影响。研究表明,纤维素快速热解生物油由左旋葡聚糖及大量脱水糖组成,还有少量呋喃衍生物(如糠醛、5-羟甲基糠醛等)。慢速热解时产生的脱水糖种类较少,但小分子化合物种类更多。随着气相停留时间的缩短,液体产物中左旋葡聚糖含量逐渐升高,酸、醛等小分子消失。     

生活垃圾与柳树枝共热解研究

在热重分析仪和固定床热解炉上进行柳树枝对生活垃圾热解特性影响研究,考察了柳树枝对生活垃圾热解失重率、热解活化能、热解产物产率、热解气组成的影响。热重分析结果表明,生活垃圾(M)、柳树枝(W)及生活垃圾和柳树枝混合物(MW)在265~600℃时失重最明显,当热解温度为600℃时,3种样品的失重率分别为61.41%,57.81%和70.31%;热解动力学分析表明,MW的热解活化能低于M和W,且低于MW理论活化能;固定床热解实验表明,当MW混合比例为4∶1时,热解产物理论值与实验值差距最大,M和W热解过程中存在明显协同作用;对MW热解气组成分析发现,随着W添加比例的增大,热解气体中CO_2产率下降,CH_4,H_2产率增加,当MW混合比例为4∶4时,CH_4和H_2产率分别提高1.13 m L/g和2.53 m L/g,CO_2产率降低1.68 m L/g。     

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。     

稻壳与褐煤共热解动力学研究

利用热重分析仪对稻壳与褐煤单独及共热解过程进行研究。动力学分析选用Coats-Redfern模型和分布活化能模型(DAEM),发现Coats-Redfern模型无法在整个温度区间内对生物质的热解进行预测,只能将热解过程分为多段的单一反应;DAEM法计算得到的热解活化能随原料转化率的增大,大体呈现升高—平稳—升高的趋势;稻壳热解平均活化能约为182 k J/mol,褐煤为288 k J/mol,共热解因混合比例的不同而有所差异,为180~190 k J/mol,远小于褐煤,推测生物质的存在对煤炭热解具有一定的促进作用;对比Coats-Redfern模型和DAEM模型对于共热解过程动力学分析,发现DAEM模型更适于模拟稻壳与褐煤共热解过程中的活化能变化情况。     

生物质与烟煤共热解特性研究

选取稻壳和松木屑等生物质,按不同比例与两种煤化程度不同的烟煤进行混合,采用热重分析的方法,研究不同生物质与烟煤单独热解和共热解的特性,研究了在自制复合型镍基催化剂条件下烟煤和松木屑的共热解特性及催化剂对焦油成分的影响.研究表明:在该实验条件下,烟煤与生物质的热解不存在重叠,烟煤的最大热解量仅为生物质的1/3 ～1/2;生物质的添加在共热解过程中对烟煤的热解起到一定的促进作用,在原料比例为50∶50时,共热解的两个失重峰逐渐变为一个;在自制镍基催化剂条件下,共热解碳转化率提高3％ ～17％,焦油得到充分裂解,极大提高了原料利用率.     

煤与稻草共热解特性研究

用热重法研究不同煤化程度煤与稻草共热解特性.结果表明：煤与稻草共热解的TG曲线随稻草掺混比例的增加向低温区移动,趋近稻草单独热解的TG曲线;DTG曲线主要热解阶段的两个区间曲线和特征参数分别与稻草、煤单独热解的相似.通过对热解特征参数实际值和理论值的对比,稻草对共热解过程有一定的促进作用,而煤对共热解过程则没有表现出明显作用.     

生物质与煤共热解特性研究

选取4种典型生物质样品(麦秆、稻秆、木质素、造纸废液颗粒),将生物质样品与煤分别以1∶9、3∶7、5∶5的重量比例掺混。采用热重分析法,在相同升温速率下,对各掺混样品进行热解实验,探讨了生物质与煤热解特性的差异以及它们共热解时生物质对煤热解过程的影响。研究表明,生物质与煤的热解特性差异很大:生物质热解温度低,热解速度快,而煤相对热解速度慢,热解温度高;在生物质与煤混合热解时,总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征;将各生物质样品与煤混合热解的实际微分曲线与按比例折算后曲线进行比较,得出实际微分曲线与折算曲线基本吻合,即生物质对煤的热解无明显影响。     

基于密度泛函理论的海藻热解中美拉德反应机理研究

文中研究旨在通过密度泛函理论计算更好地从分子层面理解纤维素单元(葡萄糖和鼠李糖)与三种典型的脂肪氨基酸(脯氨酸、缬氨酸、亮氨酸)的共热解机理,深入了解生物质热解过程中纤维素组分对含氮组分热解过程的影响.研究发现葡萄糖与脯氨酸的反应能垒最高,而亮氨酸比较容易发生反应.并且葡萄糖自身也较易发生闭环反应生成呋喃类化合物(糠醛...     

生物质与污水污泥共热解特性研究

采用热重分析仪(TGA)对生物质与城市污水污泥单独及共热解基本热解特性进行了考察,并结合测定的生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量对共热解过程热解特性的影响规律发现:升温速率为20℃/min时,污泥单独热解分为水分析出、挥发分析出和焦炭化3个阶段;由生物质单独热解特性分析可知,松木屑热解特性最优,花生壳次之,狐尾藻最差;通过不同生物质添加量时的共热解过程考察,得知较高的生物质添加量更有利于共热解过程的进行;结合共热解特性变化与生物质组成的关系可知,含纤维素和木质素较多的松木屑与污泥共热解时有明显的协同作用发生,含木质素较多的花生壳也有较为明显的协同作用,含半纤维素较多的狐尾藻协同效果不明显。     

烘焙木屑与褐煤共热解特性研究

褐煤与木屑及在250℃/30 min的条件下烘焙后的木屑进行不同比例的掺混,分别通过热重分析仪和900℃高温热解研究其共热解特性。研究表明,木屑通过烘焙后,初始热解温度升高,热解剩余物增加,更接近褐煤;褐煤掺混的热重分析过程中,两种木屑的添加有利于提高反应物的转化率,但木屑的作用更强;与褐煤的高温共热解过程中,两种木屑的添加有利于提高气体和液体产物产量,烘焙木屑比木屑更有利于气体产生,而木屑更有利于液体产生;两种木屑的添加还有利于H2的产生,但木屑的作用更明显;烘焙木屑和褐煤共热解与两种物质单独热解焦油成分对比得出,共热解有利于使焦油成分变的简单,烘焙木屑与木屑单独热解焦油成分对比得出,烘焙过程可有效减少焦油中的物质。     

木质素与高密度聚乙烯共热解特性研究

生物质与塑料共热解是一种非常有效的生物质利用方法之一,但由于生物质结构的复杂性,共热解过程的机理尚不明晰。木质素是生物质的主要组分之一,本文通过热重-质谱联用仪和裂解器-气相色谱质谱仪研究其与高密度聚乙烯共热解过程,获取共热解特性及热解产物分布特性,以揭示共热解过程机制。结果显示,木质素与高密度聚乙烯共热解过程存在协同效应,使得热解失重速率加快,热解固体残渣含量减少。共热解过程有利于CH₄、H₂O、CO和C₂H₄的生成,抑制CO₂的生成。同时,酚类、醇类和糖类等含氧化合物产量减少,烷烃和烯烃类化合物产量增加。结果表明,共热解过程会发生氢转移现象,氢与木质素衍生热解产物结合发生反应,从而抑制含氧化合物的生成,促进烷烃类和烯烃类化合物生成。     

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。     

生物质与云南褐煤共热解特性研究

选取一种典型的生物质样品(木屑),将木屑与褐煤分别以15∶85、30∶70、50∶50的质量比例混合.采用热重分析法,在某一特定升温速率下,对各种混合物样品进行热解实验,探讨了单独木屑与褐煤热解特性的差异以及它们共热解时对褐煤热解过程的影响.实验研究表明,木屑与褐煤的热解特性差异较大,木屑的热解温度低,热解反应速度较快,褐煤的热解温度高,热解速度相对较慢.木屑与褐煤共热解特性并不是单独褐煤和单独木屑的简单叠加,而且木屑与褐煤混合热解过程的放热量和木屑的混合比例关系较大.     

低阶煤与玉米秸秆共热解特性研究

为探究低阶煤与玉米秸秆共热解过程中的协同作用,文章借助热重仪器分析了低阶煤与玉米秸秆的共热解特性,研究了升温速率对低阶煤与玉米秸秆共热解过程及其动力学参数的影响。研究结果表明:在快速升温条件下,玉米秸秆的加入促进了混合物共热解过程中挥发分的生成,提高了热解的转化率,降低了热解的活化能,两者的共热解过程产生了协同作用;随着升温速率的提高,低阶煤与玉米秸秆共热解过程的协同作用逐渐增强。