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。     

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.     

生物质催化热解气化热重分析研究

采用热重分析与气相色谱分析(TG-GC)相结合的方法,开展了以麦秸为主要研究对象的生物质催化热解气化实验研究,探讨了以NiO和CaO为催化剂,水蒸气气氛下的麦秸挥发分析出特性、半焦的气化特性、气化反应动力学特性以及催化剂对麦秸气化产物的影响.实验结果表明麦秸水蒸气气氛下的反应活性明显提高,气化反应过程中热解阶段视为一级反应,半焦气化视为缩核反应.非催化条件下麦秸的半焦气化在800℃以上才进行,添加NiO与CaO均促进了麦秸与水蒸气的气化反应,提高了气化过程的碳转化率和反应速率,但二者对半焦气化的促进机理以及气体产物的催化选择性有明显差异.添加NiO时H2产率最大,达到34mol/kg麦秸,且使气化反应温度明显降低.添加CaO不仅促进了H2和CO的生成,而且CH4产率也明显提高,表明CaO更有利于大分子碳氢化合物的裂解.     

木质类生物质的热重分析研究

在常压热重分析仪和加压热重分析仪上对木屑进行了热解实验，利用热重分析法对其热解行为特性和动力学规律进行了分析．得到了升温速率、压力等因素对木屑热解过程的影响规律。实验表明：常压下，随着升温速率的增加，反应激烈程度增加；与常压相比，加压状态下，活化能明显减小；随着热解压力的提高，挥发分初析温度和DTG峰值温度升高，最大失重速率减小；活化能E与频率因子A之间存在动力学补偿效应，升温速率不变，改变压力或者压力不变，改变升温速率，得到的利、偿效应表达式不同。     

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．     

不同生物质热解特性及动力学的对比研究

通过对稻壳、芒属及蓝藻进行常压热重实验,结果表明:生物质热解过程可以分为4个阶段,干燥失水、预热解、快速热解、缓慢热解.由于组成成分的差异,蓝藻的快速热解段相对稻壳及芒属相对较低.比较了热解综合特性指数大小:蓝藻＞芒属＞稻壳,即蓝藻的热解稳定性相对较差,稻壳的热解稳定性较好.用Coats-Redfern方法计算样品的热...     

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。     

生物质废弃物热解特性的热重分析研究

采用热重分析方法,以氮气为载气,在室温和973K之间,以三种升温速率(10,20,30K/min)对三种生物质废弃物试样(稻秆、稻壳和白松木屑)进行热解实验。确定了起始分解温度D。采用了生物质整体热解分区、生物质化学组分热解分区、活化热解与消极热解分区等三种热解分区方法进行分析。由于三种试样化学成分的差别导致热解特性的差异。得到了三种试样热解动力学参数。     

玉米秆与玉米芯热重分析

用热重分析仪对玉米秆和玉米芯的热解和燃烧动力学特性进行了研究,通过热解试验发现玉米秆和玉米芯挥发分的析出基本在一个阶段内完成,而燃烧试验研究表明燃烧过程主要由挥发分的燃烧和焦碳及残余挥发分的燃烧这两个阶段组成。上述结果为进一步有效利用玉米秸秆提供了一定的理论基础。     

生物质水煤浆燃烧特性及动力学分析

采用热综合分析仪,利用TG-DTG热分析技术研究了以福建省无烟煤、水葫芦、添加剂制备的生物质煤浆的燃烧特性,并与煤粉的燃烧特性进行了对比。结果表明,生物质水煤浆的着火温度比煤粉低,并随着水葫芦添加量的增加呈降低趋势。动力学分析得出的表观活化能从大到小顺序为龙岩无烟煤、大田无烟煤、永安无烟煤、龙岩生物质水煤浆、大田生物质水煤浆、永安生物质水煤浆。     

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。     

黄桷树的热重差热联用分析及改进动力学方法

采用热重-差热联用试验研究了黄桷树不同部位的热解特性.比较了树叶、树干、树枝和树根热解过程.研究结果表明:试样的热解过程基本一致;在最大热解速率处,树根所对应的峰值温度最低,树枝的最高;树根的最大热解速率最大,树叶的最小.并根据试验结果进一步拟合了样品热解的动力学经验式,计算了相应的活化能,结果发现树干的活化能最高,树枝的最低.     

生物质燃烧的气体产物及动力学分析

采用热重分析法对3种生物质样品进行燃烧特性试验,并利用质谱仪在线监测了燃烧排放的部分气体成分.对生物质样品进行燃烧反应动力学分析,得到相关的表观活化能及指前因子.研究结果表明:燃烧过程可以分为3个温度阶段:①吸附水的析出及铵盐的热分解(室温～150℃);②半纤维素、纤维素及部分木质素的热解(150～350℃);③木质素的热解及焦炭的燃烧(350～600℃).利用质谱仪在线监测了CH4,NH3,H2O,CO2,NOx等气体产物,其质谱曲线与对应的热重曲线相符合,也验证了各反应阶段的假设.     

草类生物质热解特性及动力学的对比研究

我国长江中下游地区有大面积分布的芒属、芦苇、狼尾草,研究很少,应用少.为草类生物质能的开发与利用提供又一途径.对芒属、芦苇、狼尾草进行常压热重分析,同时与常见的稻草相比较,通过生物质热解失重率(TG)和失重速率(DTG)曲线,获得相关热解特性参数,采用生物质挥发分综合释放指数(D),并通过热分析数学方法求取生物质热解动力学参数.试验结果表明:草类生物质热解过程可以分为4个阶段,在563 K附近存在一个肩峰,失重都集中在460 K～673 K.挥发分综合释放指数则芒属>稻草>狼尾草>芦苇,活化能则芒属>稻草>狼尾草>芦苇,固体剩余物则芒属>狼尾草>稻草>芦苇,所以总体上看芒属的热解稳定性相对较差,芦苇的热解稳定性较好,同时采用二级反应动力学模型由Coats-Redfern法求的相应得活化能和频率因子.也为今后更好、更合理高效的利用这些草类提供实验数.     

生物质及其半焦混燃特性热重实验研究

采用热重分析方法研究了木质含量分别为0,20%,50%,80%和100%的生物质及其半焦的掺混物在空气气氛下的燃烧特性,并对失重数据进行了动力学分析。结果表明:随着木质含量的增大,DTG曲线向低温区移动,燃料的起始反应温度、剧烈反应温度、终止反应温度降低,最大失重速率、平均反应性增大;掺混物在相同反应时间内的实际转化率大于计算转化率,表明混合物组分间存在相互促进的协同作用,并且掺混物中木质含量越高,促进作用越明显;木质含量为0和20%的掺混物失重过程可由一个动力学方程进行合理的拟合,其余3个掺混物则需分段拟合。     

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。     

生物质/塑料共热解热重分析及动力学研究

考察了生物质、塑料(高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯)及其混合物的热重行为。结果表明,生物质的分解温度比塑料低,3种塑料HDPE、LDPE、PP有相似的热解失重行为,是由于分子结构的相拟性。生物质的失重率低是由于灰分和固定炭含量高。生物质和塑料存在重叠的热解温区,有利于塑料向生物质供氢。生物质/塑料共热解时在高温区存在明显的协同效应。动力学分析表明,采用1或3个连续一级反应模型可很好地拟合实验数据,活化能和指前因子分别为107～217 kJ/mol和2.99×10~8～7.51×10~(34),取决于材料本身的特性。     

玉米秸秆热解规律的试验研究

用热重分析法对玉米秸秆的热解规律进行了研究，分析了玉米秸秆样品在不同升温速率（5，10，20，30℃／min）、不同温度（250，300，350℃）恒温加热2h条件下热解的试验结果，发现样品的非等温失重过程由脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段组成，并且在相同条件下，样品的质量对玉米秸秆热解有一定的影响。在恒温热解过程中，在不同的恒温温度条件下，秸秆失重曲线形态基本相似，但在300℃条件下，恒温热解的热重曲线与250，350℃条件下恒温热解的热重曲线相比较为平缓。     

秸秆类生物质燃烧动力学特性实验研究

生物质能的利用越来越受到重视。直接燃烧技术由于其操作简单、取材方便、成本适宜等特点是一种符合我国国情的生物质能利用方式。采用热重分析的研究方法,对水稻秸秆、玉米秸秆和玉米芯三种秸秆类生物质的燃烧动力学特性进行了实验,研究了不同升温速率、氧浓度对不同种类的秸秆生物质燃料燃烧动力学特性的影响,并对着火温度、燃烧稳定性、挥发分析出特性、燃烧特性指数等相关特性参数进行定量分析,为设计秸秆工业锅炉燃烧设备,合理选择生物质种类、优化燃烧、提高锅炉效率提供了理论支撑。     

城市污水污泥热解特性及动力学规律研究

采用差热-热重分析法对不同反应条件下的污泥热解特性及动力学规律展开研究。结果表明:污泥的非等温热解过程包含4个失重阶段;提高升温速率和降低氮气吹扫速率可促进污泥热解转化效率增加、挥发份最大失重率增大、表观活化能E值和频率因子A值增大;加入不同类型催化剂也提高了污泥热解转化效率,使热解过程向低温区移动;加入KCl催化剂使污泥热解DTG曲线向低温移动最多,加入Na2CO3使污泥最大失重率达到11.8%,是未添加催化剂时的2.7倍;添加催化剂也降低了表观活化能E值、提高了频率因子A值,且Na2CO3的加入使挥发份在主要析出阶段的表观活化能E值降低了约30%。