TG-MS联用研究生物质的热解特性

采用TG-MG技术研究稻秆、稻壳和玉米芯的热解特性。采用活化热解区与消极热解区法、热解特性指数法分析了3种生物质的热解特性,质谱分析重点关注热解过程中不凝性气体和焦油产物的形成。结果表明:(1)含木质素较低的秸秆类生物质在消极区的热解不活跃;在同升温速率下,3种生物质的热解难易程度为:玉米秆玉米芯稻秆;(2)含氧气体量大大高于烃类和H2,H2O是所有试样中的主要产物;在相同实验条件下,稻秆热解生成H2O最多,而生成焦油量最少;而玉米秆和玉米芯生成少量H2O和大量焦油;对于不可凝性气体产物,CO和CO2是主要的气体产物,而H2和CH4只占小部分;(3)焦油的主要产物为苯、甲苯和苯酚,除苯在550℃后还有析出外,其余芳香烃产物的析出范围均为300℃~550℃。     

稻壳和褐煤热解特性的初步研究

利用TG-DSC联用分析稻壳与褐煤热解过程中热失重规律及吸放热情况,结果发现,稻壳的热失重率较大,共热解失重过程相当于二者单独热失重过程的叠加。通过DSC曲线分析稻壳与褐煤热解过程的吸放热量显示,与二者单独热解过程不同的是共热解在高温热分解阶段须吸收大量的热量。利用气相色谱分析不同温度下稻壳与褐煤热解气体产物各组分比例,并与热失重过程相对应分析气体产物变化规律,结果发现,H2和CH4气体组分变化规律相同;与褐煤热解相比,稻壳热解气体产物中CO气体组分较多。总体而言,共热解产物是二者单独热解产物的简单加和,但共热解过程吸放热量变化却显示二者存在热量交换和相互影响。     

玉米秸和稻壳热解产物的分布规律

研究了玉米秸和稻壳热解产物在不同反应温度和停留时间下的分布规律.试验结果表明,400℃时热解产物中液体质量分数接近50%;随着反应温度升高,大分子的碳氢化合物逐步裂解,气态产物逐渐增多,800℃时气体产物质量分数超过了55%.反应温度对热解产物的分布具有显著影响,而停留时间影响较小.随着反应温度升高,H2含量明显增加,CO和CO2含量明显降低,CH4含量受温度的影响较小.当反应温度在400～500℃时,热解气体的低位热值在11～15 MJ/m3;反应温度超过500℃时,气体热值在15～16.5 MJ/m3.     

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。     

不同热解温度下稻壳炭的理化特性分析

以稻壳为原料,分别在400,500,600℃条件下热解制备生物炭,通过工业分析和对粒径分布、炭得率、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值等指标的测定,以及扫描电镜(SEM)的观察和红外光谱的分析,系统研究了热解温度对稻壳炭理化特性的影响。研究表明,随着热解温度的升高,稻壳炭中的小粒径颗粒所占比例增大;从其组成来看,炭得率和挥发分含量不断降低,而灰分和固定碳含量呈上升趋势。从碘和亚甲基蓝吸附值的变化和扫描电镜观察结果可以看出,随着热解温度的升高,稻壳炭的孔隙结构更为发达。红外光谱分析证实,随着温度的升高,稻壳炭中的官能团数量下降,种类逐渐减少,低温热解所获炭中各类官能团更为丰富。     

基于分子层面研究海藻多糖与纤维素分子共热解协同现象

通过对海藻多糖、纤维素模型化合物的共热解过程进行分子动力学模拟,探究其协同耦合现象。选取海藻内2种主要的多糖分子(硫酸多糖、褐藻糖胶)和陆生生物质的主要成分纤维素为研究对象。模拟基于Amber力场和ReaxFF力场发现:虽然海藻多糖与纤维素热解特性有许多相似之处,但分子结构上的差异使两者在热解过程中表现出不同的热力学特征。其中最明显的是两者热解温度范围不完全重叠,多糖分子提前热解产生大量的氢提供给纤维素,使纤维素热解更充分。共热解与单独热解叠加的模拟结果相比较,分子裂解碎片数目差异较大,共热解可促进两者的热解,提高热解转化率,增加中温段的产气率。     

干燥前后稻壳的热解及其动力学特性

为研究热风干燥预处理对热解过程的影响,采用热重分析法在不同升温速率下对干燥前后的稻壳进行了热解实验。结果表明:稻壳失重过程可以分为4个阶段,随着升温速率的提高,热重曲线向高温处移动,最大热解速率明显提高。组分分析、FTIR分析和扫描电镜结果表明:干燥对稻壳的组分和化学结构没有影响,但改变了稻壳的表面结构,干燥有利于挥发分的生成。最后对稻壳热解动力学特性进行了研究,获得了反应活化能、频率因子等热解动力学参数。     

稻壳热解碳化过程典型无机元素迁移状况实验分析

生物质利用过程中,典型无机元素(尤其是K和Cl)的释放特性及迁移规律对设备的设计和运行参数制定至关重要。文中通过固定床热解碳化实验系统,详细研究了稻壳在惰性气氛下热解碳化过程中典型无机元素(K、Cl)的迁移状况及其与热解温度和时间的变化关系。实验结果得出稻壳中K和Cl元素在热解碳化过程中随着反应温度的提高逐步向气相产物析出,其中Cl元素在400℃已析出大部分(70%),其释放量随温度的增加快速增长,并与热解碳化过程的失重率呈现一定的线性关系; K元素析出主要集中于400℃以下及700℃以上两个区间,总释放率相比于Cl元素较低,当反应温度大于700℃后,K的释放速率显著增加。研究表明:在设计热解碳化设备时,应将反应物温度设计低于700℃,在合理利用稻壳资源的同时避免了无机元素引起的积灰结渣问题。     

酸洗预处理对稻壳快速热解产物的影响

配制不同浓度盐酸溶液对稻壳进行酸洗预处理,采用热裂解-气相色谱质谱联用装置对样品快速热解并分析产物,结果表明:经过酸洗预处理后,热解温度低于600℃时,稻壳快速热解得到的蒸汽产物总峰面积减小,而热解温度高于600℃时总峰面积增大。将热解蒸气产物分类,研究造成总峰面积变化的原因并分析盐酸溶液浓度及热解温度对产物的影响。结果表明:酸洗处理可显著促进左旋葡萄糖和糠醛的生成,而乙酸、1,2-环戊二酮及苯酚的产率明显降低;部分产物的酸洗效果随热解温度的变化呈相反的变化。总产物峰面积的增大主要由纤维素及半纤维素的热解产物贡献。     

基于逐级裂解气质联用和热重质谱联用技术的杉木热解特性研究

利用逐级裂解气质联用(stepwise Py-GC/MS)和热重质谱联用技术(TG/MS)对杉木的热解特性进行了研究。结果表明,杉木热解主反应温度为250～430℃,随着升温速率的增大,热解起始温度和终止温度均向高温侧移动。对杉木慢速热解过程进行了动力学分析,得到3种升温速率下对应的活化能分别为83.99,88.87,91.98kJ/mol。杉木逐级裂解主要液体产物有乙酸、1-羟基-丙酮、糠醛、雪松醇、左旋葡萄糖和4-羟基-2-甲氧基肉桂醛等,各温度段产物分布各不相同。在杉木慢速热解条件下,左旋葡萄糖发生二次反应,液体产物中存在很多芳香类物质。     

不同微波功率下微藻、海藻和油页岩热解特性对比研究

利用微波反应器,研究了不同微波功率下微藻(小球藻)、海藻(马尾藻)和油页岩的微波热解特性。结合能量消耗和能量输出的评价方法,对比分析了微藻、海藻和油页岩微波热解三相产物的单位电耗产量。结果表明:750 W时,海藻的产油量和产气量最大;1 500 W时,微藻的产油量最大,海藻的产气量最大;2 250 W时,微藻的产油量和产气量最大;从单位电耗产油量的角度来看,微波热解微藻、海藻和油页岩的合适功率分别为1 500,750 W和2 250 W;微藻、海藻和油页岩的单位电耗产油量和单位电耗产气量之和分别为44.199,41.987g/(kW·h)和13.081 g/(kW·h),微藻和海藻的能源价值远大于油页岩。     

基于TG-FTIR联用的污水污泥热解实验研究

采用TG-FTIR联用技术研究了污水污泥热解,结果表明.污泥热解分为3个阶段,污泥热解的主要产物有脂肪烃、芳香烃及其化合物、酯类、羧酸、含氮化合物、酚、醇、醛、酮、水、CO2、CH4、CO和NH3,这些热解产物随热解温度的改变呈规律性变化.     

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。     

稻壳快速热解超临界乙醇提质系统的-环境分析

基于分析、生命周期评价和-环境分析方法,对稻壳热解超临界乙醇提质制取生物油系统进行能源利用率和环境性能的综合分析。结果表明,设计工艺下系统的效率为55.50%;生物油在全生命周期内的温室气体排放量为49.33 g CO_2-eq/MJ,超临界乙醇提质阶段化石乙醇的使用是生物油生命周期内的主要污染源;-环境分析表明,热解气冷凝器、焦炭燃烧炉膛、热解载气加热器和烟气冷却器等单元在减少稻壳热解提质制油系统的环境影响方面具有较大的优化潜力。     

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...     

海藻的燃烧特性分析

采用热重分析法,对海藻类生物质条浒苔的燃烧过程及其动力学规律进行了实验研究.通过条浒苔在不同升温速率(10,20,30℃/min)和不同粒径(＜0.18 mm,0.18 mm～0.28 mm,0.28 mm～0.45 mm)下的燃烧实验,研究发现条浒苔的失重曲线表现出明显的双峰:即挥发分峰和碳峰.分析比较了各升温速率条件下条浒苔的燃烧特性参数,发现海藻的着火点比陆上木质类生物质的着火点低,并通过计算,给出了试样的综合燃烧特性指数(S),计算结果表明升温速率越大,燃烧越容易进行.着重分析比较了不同粒径试样的燃烧特性参数,揭示了海藻呈现出与煤和陆上木质类生物质不同的性质,即燃烧速度随粒径变小而变小.由试样的燃烧动力学参数,发现试样的活化能也随升温速率变大而变大.     

热解温度对依兰煤热解特性的影响分析

本论文在处理量为2.5 kg/h的热解实验装置上,分别以两种烟煤和一种油页岩为原料,考察了热解温度对热解产物产率、组成和性质的影响规律。实验结果表明,当反应温度分别为481℃、514℃、519℃时,六级煤、油页岩、造气入炉煤的焦油产率依次达到最高,产率分别为13.58%、12.54%、4.23%;在实验温度范围内,随着温度的升高,气体产率不断增加,且气体组分不断变化。