谷壳热解/气化的热重-红外联用分析

利用热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)联用技术对典型生物质热解和气化特性及其气体产物的释放规律进行了研究,并确定了其热解和气化机理.研究表明,谷壳在N2和GO2气氛下的热解失重主要集中在220～600℃,并且具有相似的热解特性;在800℃以后谷壳在N2和CO2气氛下反应所对应的热重曲线出现了较大的差异.气体产物主要在240～600℃析出,主要成分为H2O、CO、CH4、CxHy(x>1)和一些有机碳水化合物,其中H2O的析出温度较低,而CH4和CO析出温度相对较高;由于谷壳气化过程中存在CH4和CO2重整反应,使得H2O析出呈现双峰形式,并且CH4,含量相对于热解时偏小,CH4的析出特性曲线仅有一个峰,CO的析出特性曲线是双峰形式,且CO的释放曲线和谷壳反应速率曲线有着相似的特征温度和变化趋势.谷壳的热解服从两步反应机理,低温段的热解机理函数为f(α)=(1-α)2/3,高温段的热解机理函数为f(α)=(1-α)2.5;而气化机理函数为f(α)=(1α)2/3.     

煤焦在O_2和CO_2的反应过程中氮的析出特性研究

通过分析焦炭N与O2、CO2的反应,研究焦炭N转化为含N产物的化学过程和析出特性。实验在固定床反应器上进行,压力为0.1~1.0 MPa。结果表明:O2、CO2和N2等主要检测产物与反应气体有关。在较宽的压力和CO2体积分数范围内,焦炭N与CO2反应生成N2的反应具有很高的选择性。以O2和CO2为反应气体时,反应压力对气化产物的分布影响较小。当O2作为气化剂时,NO和HCN是主要产物,而且其他检测产物会由这些主要产物在焦炭表面相互反应得到。     

城市污水污泥热解特性及动力学研究

采用热重分析仪与傅里叶红外光谱仪对城市污水污泥进行实验,考察了反应过程及逸出气体产物,求解了热解表观动力学参数。研究表明,污泥样品在N2、CO2和N2+O2气氛中分别发生的热解、气化和燃烧反应,反应过程的特征参数不同;在N2中主要热解温度范围为200~560℃,反应过程在600℃基本完成;随着升温速率增加,热解最大失重速率提高;污泥样品在N2中的热解过程依次析出H2O、CO2、CH4和CO等气体;污泥样品热解不同反应阶段具有不同反应机理和动力学参数,表观活化能在60~100 kJ/mol范围内。     

生物质热解过程中氮转化规律的试验研究

采用TG-FTIR联用技术在氩气氛围下研究稻草、麦秆、杨木3种生物质热解过程中4种主要的含氮组分NH3、HCN、HNCO及NO的释放特性,并考察焦炭-N的产率。结果表明:在所选取的3种生物质热解过程中,4种含氮组分的释放趋势均与TG-DTG曲线一致,热解后期(温度高于500℃)释放较少;不同生物质热解,4种含氮组分的释放规律有较大差异,且相对产量分布不同。3种生物质NH3和HCN的相对产量明显高于HNCO和NO,NH3最高,HCN次之,两者之和占70%以上。随着生物质中H/N质量比的增大,NH3的相对产量增加,HCN的相对产量先增加后减少,HCN/NH3物质的量之比逐渐减小。杨木热解过程中气相氮释放较少,燃料氮81.50%存在于焦炭中,而稻草和麦秆中大部分燃料氮随挥发分析出,焦炭氮产率分别为29.97%和33.45%。     

纤维素热解的TG-FTIR分析

以生物质主要组分纤维素为原料,在热重-红外光谱联用仪上对纤维素分别以5,10,20,40℃/min的升温速率进行了热解实验研究,考察了纤维素的热解特性及轻质气体析出规律。结果表明:较高的升温速率能促进热解反应的进行,升温速率可作为影响最大热解失重速率对应温度(Tp)的一个重要因素,Tp会随着升温速率的增大而升高;纤维素热解过程中,热解气体的最大析出峰都对应于给定升温速率下的DTG失重峰;4种主要轻质气体(H2O,CO,CO2和CH4)均表现为双峰特性,且CO气体在热解后期的析出规律与CO2,H2O和CH4气体的析出规律不同;不同官能团键的断裂和重整,致使小分子气体组分和析出量的差异很大,热解过程中,羰基(C=O)和醚键(C-O-C)的断裂对CO2的生成影响显著;在低温区间CO的析出主要源于C-O-C的断裂,而在高温区间二芳基醚的分解则是CO产生的主要原因;CH4气体的析出主要由甲氧基(CH3O-)的伸缩振动引起。     

烘焙预处理对高含氮木质废弃物气流床气化特性与含氮污染物分布的影响研究

在螺旋热解反应器上进行不同温度和停留时间下高含氮木废弃物的烘焙预处理,将烘焙后的固体产物进行气流床气化,考察烘焙对高含氮木质废弃物气流床气化特性与含氮污染物分布的影响,结果表明:烘焙预处理可提高气化产气的H_2/CO值与产气热值,降低碳转化率;烘焙后气流床气化产物含氮污染物浓度与直接气化有明显区别,其中NH_3与HCN的浓度均明显低于未烘焙气化,NH_3浓度由未烘焙时的708mg/m~3降至348mg/m~3,HCN浓度降低了27%。在较高的烘焙温度和较长的烘焙停留时间条件下,NH_3与HCN的浓度有所增大,但仍低于未烘焙气化。     

分解炉内贫氧高CO2燃烧条件下挥发分NO生成机理

基于GRI3.0详细动力学反应机理数据库,采用生成速率分析方法,从化学反应动力学角度分析水泥分解炉内煤粉挥发分贫氧燃烧时低温、高浓度CO2条件下挥发分NO生成机理及挥发分中HCN转化生成NO的主要转化路径.分析结果表明,煤粉在过量空气系数为0.8的贫氧燃烧条件下,分解炉内高浓度CO2气氛会促进NO生成,增大NO的排放浓度;850～950℃温度范围内,CO2体积分数为0%～35%条件下挥发分NO生成的主要机理反应式为N+O2(→)NO+O、HNO+H(→)H2+NO和N+CO2(→)NO+CO;高体积分数CO2通过推进反应FINO+H(→)H2+NO和N+CO2(→)NO+CO促进NO生成;其中HNO是NO生成过程中最重要的活性含氮中间产物,对NO生成起主要的贡献作用;HCN氧化生成NO的主要反应路径为HCN先转化生成NHi,再进一步转化生成HNO活性含氮中间体,最终生成NO.     

熔融盐对高含氮废弃物气流床气化产气调质与污染物脱除特性研究

在生物质气流床（5 kg/h）气化和熔融盐调质净化装置上,进行了熔融盐对高含氮废弃物气流床气化产气的调质与污染物脱除实验,考察了不同熔融盐温度、不同静液高度对出口气体调质和含N、S、Cl污染物脱除特性的影响。结果表明：经过熔融盐调质后,产气中CO与CO2浓度下降,H2浓度明显上升。当温度从380℃升高至580℃时,H2/CO值提高至7.3。随着静液高度的提高,出口气体中CO2与CO浓度下降,H2浓度由30.1%提高至36.8%;熔融盐对高含氮废弃物气流床气化产气中含N、S、Cl污染物有较明显的脱除效果,H2S、SO2、HCl与含氮污染物中的HCN与NOx已完全脱除,当温度为580℃、静液高度为67.5 mm时,NH3脱除率达到96%。     

CO2/N2气氛下煤粉热解气化特性研究及动力学分析

采用热重分析仪在CO_2/N_2气氛下对煤粉进行了非等温热解气化实验研究,分析了程序升温速率和CO2浓度对煤粉热解、气化特性的影响,并采用Coats-Redfern法、FWO法和KAS法对煤粉热解、气化过程进行了动力学分析。实验结果表明:在CO_2/N_2气氛下,随着程序升温速率的升高,热解和气化反应速率均增大,表观活化能均减小。在CO_2/N_2气氛下,CO2不会影响煤粉的热解过程,而对气化过程有决定性影响,CO2浓度越高,气化反应速率越大,表观活化能越大。在CO_2/N_2气氛中煤粉气化反应的表观活化能E和表观指前因子A之间具有动力学补偿效应。在相同气氛下,煤粉气化反应的表观活化能随转化率的增大而减小。     

煤粉高温热解动态特性及各元素析出特性

针对典型的无烟煤(阳泉煤)和褐煤(凤水沟煤),采用层流床反应器进行了800～1 200℃高温热解研究,得到了主要气体产物的动态析出特性及碳、氢和氮元素析出规律.NH<,3>、HCN、CIL、CO、C<,2>H<,4>和C<,2>H<,2>等成分在热解前期和中期析出,而H<,2>析出主要发生在热解中后期.凤水沟煤HCN析...     

煤中吡咯与吡啶类氮热解的分子动力学模拟

采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学研究了不同温度下吡咯与吡啶的热解机理。结果表明,两者的主要含氮产物与中间产物均为 HCN 和 CN,其他主要产物为 H2、C2,H2以及 C3,H4等;随着温度的升高和时间的增长,两者热解的产物数量与种类也越来越多,产物中的氮逐渐从HCN向NH3和N2转移,但吡啶的热解产物要远少于吡咯,且其热解时间也大大晚于吡咯。模拟结果与相关实验数据一致,说明反应力场分子动力学计算可以合理有效地用于吡啶与吡咯热解机理的研究。     

煤焦水蒸气气化过程中含N气体产物的析出特性

在实验室规模的固定床反应器中研究煤焦水蒸气气化过程中含N产物的形成规律。利用FTIR测量气化过程中所释放的NH3、HCN和HNCO,GC测量N2。煤焦水蒸气气化过程中形成的含N产物主要是NH3、HCN和N2。同时,还研究了HCN在气化过程中的反应,这些实验分别采用HCN、HCN/蒸汽和HCN/蒸汽/煤焦进行。结果表明:HCN都是焦与水蒸气反应中的最初的含N产物,而其他含N产物则是由HCN在气相中或者煤在反应器壁以及焦表面进一步反应生成。     

松木锯屑在N2和CO2气氛下的热解特性研究

对松木锯屑在N2和CO2气氛下的热解反应进行了分析,分别运用Ozawa法和Coats-Redfern法求得松木锯屑在N2气氛下的反应活化能与适合的机理函数。试验结果表明:在CO2和N2气氛下,松木锯屑热解过程分为干燥、热解预热、热解和高温煅烧4个阶段。随着升温速率的提高,热解曲线向高温一侧移动;较之在N2气氛下的热解过程,松木锯屑在CO2气氛下热解完成后的残余质量更少,由此可推断:CO2气氛有利于热解产生更多的气体产物。     

废橡胶和废纸热解过程NOx前驱体的生成

在固定床反应器中热解废橡胶和废纸,考察在不同热解终温和加热方式下NOx前驱体(HCN和NH3)的生成特性.研究结果表明,随着热解终温的升高,原料中的N转化为HCN和NH3的比例不断增加.以废橡胶为例,HCN和NH3的产率从400℃的0.5%分别增加到1000℃的7%和9%;加热方式对HCN和NH3的产率有明显的影响.实验条件下,非等温热解时,废橡胶在所有热解温度下HCN和NH3的产率均高于等温热解时的产率.     

CaSO4在不同气氛下分解特性的实验研究

通过热重非等温实验研究了不同气氛下CaSO4的分解反应特性，利用红外光谱仪分析反应析出的气体成分。在实验所用的不同非还原气氛中，CaSO4在O2／CO2气氛下的热稳定性最好，其次是O2／N2气氛、CO2气氛、N2气氛。此外，还发现氧气的存在提高了CaSO4热稳定性，抑止了CaSO4的分解。CO气氛下CaSO4的分解反应为平行竞争反应，反应同时生成CaO和CaS。在0．5％CO浓度下，CaSO4分解最终产物主要以CaO为主，CaS的质量百分比仅为28．85％。在4％CO气氛下，反应初期分解产物主要为CaO。后期分解产物主要为CaS，最终反应产物中CaS的质量百分比为57．04％。图6表1参5     

水煤浆热解过程中HCN和NH_3释放特性的分析

采用固定床反应器对水煤浆及其制浆原煤在惰性气氛下,制浆原煤在水蒸气气氛进行热解试验,研究HCN、NH3的释放特性。结果发现,制浆原煤和水煤浆HCN的释放量,随温度增加变化缓慢,趋于稳定;而制浆原煤在水蒸气气氛下,HCN的量随温度变化增加迅速,析出量远远超出制浆原煤及水煤浆的释放量。制浆原煤NH3释放量随温度升高先增加后有下降,在l000℃左右出现一个峰值,温度继续升高,NH3的量不再增加反而开始降低;水煤浆中NH3析出的量随温度增加,虽变化缓慢．但是仍比制浆原煤释放出的N心量要多;制浆原煤在水蒸气气氛下,随温度的升高,NH3的量一直呈增加趋势,温度到达1000℃后,增加更加迅速,释放量大于制浆煤和水煤浆的NH3释放量。综合考虑HCN和NH3的释放量以及燃料的着火、燃烧．显然水煤浆燃烧要优于煤粉的单独燃烧和煤粉喷水蒸气燃烧。     

沥滤对玉米残余物结构和反应性能影响

为研究沥滤预处理对玉米残余物(玉米秸秆和玉米芯)结构、反应性能和动力学的影响,通过热重分析仪考察了生物质的反应特性,包括热解反应和气化反应,并对生物质的理化结构进行分析,包括晶格度、主要官能团和碳晶结构.结果表明,在N 2和CO 2气氛中,生物质热解反应特性类似,主要由其组成和反应温度决定.沥滤可除去生物质中的部分无机...     

不同粒径煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特性

用TG研究了不同粒径煤粉在空气和O2/CO2气氛下的燃烧特性,对比分析了两种气氛下不同粒径对煤粉特征温度和特征指数的影响情况.结果表明,O2/CO2气氛下,粒径对煤粉燃烧的影响要大于空气气氛,且挥发分含量越高的煤种其影响越大.相比空气气氛,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性随粒径变化会呈现较大的波动性,且随着煤种挥发分含量的增加,小粒径段煤粉的波动性增强.可以通过提高氧浓度来减少燃烧波动的影响.     

生物质半焦CO2气化反应动力学研究

采用热天平研究生物质半焦CO2气化反应动力学特性。考察半焦粒径、热解制焦温度以及热解制焦气氛对气化反应碳转化率的影响。采用随机孔模型、未反应芯缩核模型和混合模型对生物质半焦气化反应速率随碳转化率变化的趋势进行拟合,并求出半焦气化的动力学参数,结果表明随机孔模型的拟合效果最好。     

煤粉热解组分析出特性的实验研究和DAEM模拟

为研究煤粉热解各组分的析出特性,在TGA-FTIR联用实验台上对宝日希勒褐煤和包头烟煤进行了热解实验研究,对CH4、CO2、CO和HCN进行了测量,并对采用分布活化能模型(DAEM)模拟总体挥发分和各组分的析出进行了分析.结果表明,CH4的析出浓度曲线呈对称的单峰分布,而CO、CO2和HCN的析出浓度曲线不规则,DAEM模型可适用于整体挥发分的模拟,也可时CH4的析出进行较准确的模拟和预测,但不适用于CO、CO2和HCN的模拟.CH4、CO2、CO和HCN析出温度主要由各自官能团分解键能决定.宝日希勒褐煤总体挥发分含量高于包头褐煤,然而挥发分中CH4和HCN的含量低于包头烟煤.