微藻热解特性及其动力学分析

通过热重分析手段研究了杜氏盐藻在室温至900℃下的热解行为和特性,采用高纯氮气作保护气,升温速率分别为5℃/min、10℃/min、20℃/min和40℃/min.TG、DTG曲线的分析表明,热解过程随温度升高经历3个不同阶段.此外,随着升温速率增大,热解的初始温度和峰值温度均增大,且总失重增加.采用等转化速率法和主曲线法对盐藻热解过程进行动力学分析.结果表明,表观热解反应遵循单一动力学机理模型,反应动力学过程为简单级数反应机理模型Fn.求得热解反应表观平均活化能Ea为146.3 kJ/mol,指前因子A为4.28×1013s-1,指数n为2.4.     

生物质热重实验及动力学分析

采用热重分析方法对黄桷树的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了试样在不同粒度(0.83,0.12,0.075mm)和不同升温速率(10,15,20,25℃/min)下的实验结果。结果表明:样品的失重过程由干燥和初挥发段、升温段、热解段和炭化段4个阶段组成;在升温速率一定的情况下,随着试样粒度的减小,试样在干燥和初挥发段失水明显、热解起始温度降低、有利于热解进行;随着升温速率的升高,各个阶段的起始和终止温度向高温侧偏移,且主反应区间也增加。采用Flynn-Wall-Ozawa对试样热解过程进行了动力学分析研究,得到了表观活化能。     

生物质成型燃料热解特性及动力学研究

利用NETZSCH STA409PC型热重-差热分析仪对生物质成型燃料在以10℃/min、20℃/min及30℃/min升温速率下的热解过程进行了热重分析。对TG-T、DTG-T曲线分析,结果表明生物质成型燃料热解过程分为干燥、热解预热、热解与炭化4个阶段,热解过程随着升温速率升高出现热滞后现象。对剧烈失重区间建立了反应动力学模型,求解出此温度区间的表观活化能、频率因子等动力学参数。     

油棕废弃物及生物质三组分的热解动力学研究

主要利用热重分析仪(TG)对油棕废弃物和生物质的三组分(半纤维素,纤维素和木质素)的热解特性进行了系统研究,对比分析了热解特性,计算了其热解动力学参数,并研究了升温速率对生物质热解特性的影响。研究发现半纤维素和纤维素易于热降解而木质素难于热解;油棕废弃物的热解可以化分为:干燥、半纤维素热解、纤维素热解和木质素热解4个阶段;生物质的热解反应主要是一级反应,油棕废弃物的活化能很低,约为60kJ/kg;升温速率对生物质影响很大,随升温速率加快,生物质热解温度升高,热解速率降低。     

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。     

利用快速升温大尺寸热重分析对松木热解特性的研究

设计搭建了能实现快速升温功能的大尺寸热重分析(macro thermo-gravimetric analyzer,macro-TGA)实验台,对大尺寸松木样品的热解特性进行了研究.该实验台可以对大尺寸样品(1～40 mm)热解过程的质量、温度信号进行在线测量,有快速升温和匀速升温两种工作模式,其中快速升温模式瞬时升温速率可达2 500℃/min,匀速升温模式升温速率可设定为1～40℃/min.实验结果表明,快速升温模式下热解目标温度为700℃时,5 mm样品热解反应达到80%转化率用时小于2 min,远小于20℃/min匀速升温工况时的9 min.对于尺寸小于10 mm的样品,其热解过程由反应动力学控制,对于尺寸大于20 mm的样品,热解由样品内部的传热控制.采用单组分一步全阶段一阶反应模型对5 mm样品的热解动力学参数进行了求解,结果表明,随着目标温度的上升,样品热解活化能下降,反应活性上升.     

基于热红联用分析的木质素热裂解动力学研究

利用热重红外联用系统对生物质的主要组分木质素进行了热裂解动力学研究.在用红外固体压片法研究木质素结构的基础上得到不同升温速率下木质素热裂解的热重曲线.实验结果表明,随着升温速率的增加,各个阶段的起始和终止温度向高温侧轻微移动,主反应区间增加;计算得到的木质素两阶段活化能分别为58.41 kJ/mol和119.98 kJ/mol.与纤维素热解气的联机红外分析谱图相比可知木质素热解过程中气体析出机理复杂,主要生成CO、CH4和呋喃等产物.     

废弃柞木段热解特性及其反应动力学研究

以废弃柞木段为研究对象,进行了不同升温速率(5,15,25℃/min)下的热解失重实验以及TG和DTG曲线分析,采用分布活化能模型(DAEM)和一级反应模型研究其反应动力学特性。结果表明,脱水干燥的废弃柞木段热解过程主要分为过渡、挥发分析出和碳化3个阶段,随着升温速率的提高,DTG曲线有向高温侧移动的趋势,不同升温速率下的最大热解速率所对应的温度在360~380℃;采用DAEM得到的主热解阶段活化能为210~260 k J/mol,一级反应模型得到的主热解阶段活化能约为62 k J/mol,两种模型都能够较好地描述废弃柞木段主热解阶段,而DAEM模型更为全面。     

升温速率对煤热解特性影响的TG/DTG分析

利用热重法对我国四种典型动力用煤在不同升温速率(20℃/min、35℃/min、50℃/min、75℃/min、100℃/min)下的热解过程进行了研究.由各工况热重曲线得到热解特征参数,利用微分法与积分法相结合的方法求得了各煤样的动力学参数以及机理函数.分析比较了不同煤种、不同升温速率下的热解特性.结果表明,中温段热解反应最剧烈,活化能也最大;随着升温速率的提高,各煤样平均活化能增加.     

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。     

TG-FTIR研究垃圾衍生燃料轻质气体析出特性

通过热重红外分析仪(TG-FTIR)研究垃圾衍生燃料(refuse derived fuel,RDF)在升温速率为10,℃/min、20,℃/min、30,℃/min、40,℃/min、50,℃/min及RDF与褐煤在质量比为0∶10、3∶7、5∶5、7∶3、10∶0时轻质气体的析出特性,利用Coats-Redfern法,求得热解动力学参数.研究发现,不同升温速率及不同质量配比时RDF热解过程主要分为3个阶段:生物质组分热解(173~433,℃)、塑料类物质热解(402~566,℃)及无机碳酸盐热解(大于650,℃).热解过程轻质气体CO_2、CH_4、CO析出均表现为双峰特性;CO_2的释放集中在低温段(200~300,℃)和高温段(600~800,℃),CO的释放集中在低温段(300~400,℃)和高温段(600~800,℃),CH4的释放集中在中温段(300~600,℃).随着升温速率的增加,轻质气体CO_2、CH_4及CO析出峰值浓度增加.RDF与褐煤共热解过程存在协同作用.     

3种农林生物质的热解及动力学研究

以桉树叶、甘蔗叶和桑树杆3种农林生物质为原料,利用热重分析仪进行热分析研究。通过对TG和DTA曲线的对比,探讨了生物质的热解过程;采用Coats-Redfern积分法进行动力学分析,确定了反应级数,得到了3种原料在不同温度下的活化能。结果表明:生物质的热解可分为干燥、预热、热分解氧化和碳化还原4个阶段,其中在300～400℃时热解反应最为剧烈;利用n=2,3级动力学模型,均能较好地表述生物质热解过程;3种生物质低温段的热解活化能要高于高温段的活化能,就整个热解过程看,E甘蔗叶E桑树杆E桉树叶。     

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.     

芦苇热解过程的动力学模型研究

采用热重实验对芦苇的热解特性进行了研究,并采用2种动力学模型对不同升温速率(10、20、30℃/min)下芦苇热解过程进行了动力学研究。实验结果表明,芦苇热解主要分为水分析出阶段(30~120℃)、解聚过程阶段(120~237℃)、挥发分脱除阶段(237~369℃)及无机物和残留有机物的分解阶段(369~682℃),并且随着升温速率的增大,热解温度特征点向高温侧偏移。模型计算结果表明,n级单一反应模型在n=1时拟合程度最高,主要遵循一级反应,活化能分别为30.70、34.60、33.01 k J/mol;分布式活化能模型计算得出的活化能处于30~116 k J/mol之间。通过对比2种模型的计算结果,得出分布式活化能模型能更好地反映芦苇的热解过程。     

生物质成型燃料的热重分析及动力学研究

对三种生物质成型燃料在不同气氛下和不同升温速率下进行热重实验,研究反应条件对生物质成型燃料失重特性的影响规律,并对其空气气氛下的动力学特性进行了分析。研究结果表明,生物质在空气气氛下的挥发分析出速率比N₂气氛下高,随着温度升高,N2气氛下主要是纤维素、半纤维素以及木质素的分解,而空气气氛下还伴随有其分解产物的燃烧。生物质中挥发分含量较高时,反应活性也比较高。实验温度由室温升至800℃时,在升温速率为10℃/min ~ 25℃/min范围内,随着升温速率的升高,松木热重曲线先向低温区移动再向温度较高的一侧移动,最大失重速率对应的温度也表现出相同规律,当升温速率为20℃/min时最大失重速率对应的温度最低,升温速率为25℃/min时失重峰值最大。动力学特性分析表明,采用2组分动力学模型可以较好地表征生物质在空气中的失重特性,计算结果与实验结果吻合度较高。     

超细煤粉热解特性及热解反应动力学研究

采用TG-DSC分析方法对内蒙古煤和神华煤两种煤种各4个不同粒径的超细煤粉分别在5℃/min、10℃/min、20℃//min和30℃/min的升温速率下进行热解实验并采集数据分析,研究了不同煤种超细煤粉热解过程中煤粉粒径、升温速率、煤种中组分对热解过程的影响。最后根据Coats-Redfern法建立了动力学模型并计算出了相关系数。结果表明:超细煤粉的热解过程可以分为干燥脱气、半焦形成和熟化成焦(二次脱气)3个失重阶段。     

玉米秸秆热解特性及动力学研究

使用热重分析仪在升温速率分别为5、10、20、30、40℃/min的条件下,以玉米秸秆为原料进行热重试验,对其热解特性及动力学进行分析。结果表明:玉米秸秆热解过程大致可分为失水、热解、炭化3个阶段;微商热重(DTG)曲线出现肩峰现象;随着升温速率的增大,热重(TG)曲线向高温区偏移,热解初始和终止温度略有上升,DTG曲线峰值逐渐增大。通过Coats-Redfern法与F-W-O法对比,确定最佳的反应机理为随机成核和随后生长,反应级数n=2/3,分别计算不同升温速率下的反应活化能(E)与指前因子(A),并研究热解过程中的动力学补偿效应,在该实验条件下建立不同升温速率的热解动力学模型。     

玉米秸秆热解反应动力学的研究

利用热重分析法(TG)对粒径为0.28~0.60mm的玉米秸秆在5、10、20、30℃/min 4种不同升温速率下的热解反应动力学进行了研究。结果表明,秸秆的热解过程分为4个阶段,主要反应阶段在287~400℃之间,随着升温速率的增加,主要反应区间略有增加。Ozawa法计算出的玉米秸秆活化能(E)值在153~160 kJ/mol范围内,KAS法得出的玉米秸秆活化能集中在147~157 kJ/mol之间。用微分法Achar方程、积分法Coats-Redfern方程,将41种常用的固体反应动力学机理函数一一代入,再根据热分析动力学三因子求算的比较法得出玉米秸秆热解过程符合Mampel Power法则,并给出机理函数的微分形式和积分形式,反应级数为2,本研究为生物质热解装置的设计及参数优化提供了科学依据。     

城市污泥与水稻秸秆混合热解特性及动力学分析

利用热重分析仪对污泥、稻杆及其两者混合物的热解特性和热解协同作用进行研究,混物中稻杆的掺混比例分别为30%、50%和70%,在不同的升温速率(10℃/min,20℃/min,30℃/min和40℃/min)下进行热重实验,同时采用Flyn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)两种方法研究它们的动力学特性。结果表明:污泥、稻杆以及两者混合物的热解均可以分为三个不同阶段,污泥的综合脱挥发分指数低于稻杆,平均活化能Eα高于稻杆,稻杆的挥发分析出特性较好,热解反应容易进行。当稻杆掺混比例为70%时,反应的平均活化能Eα最小,分别为243.28 k J/mol(FWO法)和246.12 kJ/mol(KAS法),用FWO法和KAS法计算出的平均活化能值具有较高的一致性。     

几种生物质的TG-DTG分析及其燃烧动力学特性研究

采用热重分析技术对木屑、麦秆、玉米秆和玉米芯4种生物质的燃烧特性进行了研究,考察了其着火、燃尽特性和综合燃烧特性,研究了升温速率对生物质燃烧特性的影响,同时在热天平上对其进行了动力学试验研究.研究表明:生物质燃烧过程大致可以分为3个阶段,即水分析出阶段、挥发分析出燃烧阶段、固定碳燃烧与燃尽阶段:生物质具有着火温度低、燃尽温度低、燃尽率高等优点;随着升温速率的提高,着火温度、各试样挥发分最大释放速率、燃尽温度均呈升高趋势,燃烧特性随升温速率的提高而变好.采用一级反应动力学模型和积分法对生物质燃烧动力学参数的研究表明,生物质具有较低的活化能,有利于点燃.