热解条件对生物质焦气化活性的影响及等温气化动力学参数求解方法

生物质气化是生物质利用研究的一个重点。生物质气化包含生物质的热解和热解所得焦炭的气化两个过程。不同的热解条件将得到具有不同气化活性的生物质焦炭,不同热解条件制取的焦炭的动力学参数也不相同。本文主要概述了热解条件对生物质焦气化活性的影响。同时基于阿伦尼乌斯公式介绍了生物质焦等温气化动力学参数的两种获取方法,非等转化率法是通过选择动力学模型中的结构因子f(x) 来获取动力学参数,而等转化率法是通过避开选择动力学模型中的结构因子f(x) 来获取动力学参数。基于简单碰撞理论提出了获取等温气化动力学参数的新方法,对阿伦尼乌斯公式中的指数项、指前因子A提出了明确的物理意义。基于简单碰撞理论的等温求解气化动力学参数方法类似于基于阿伦尼乌斯公式的等温求解气化动力学参数方法。     

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。     

浑源煤焦CO_2气化反应的影响因素及动力学特性分析

研究了热解温度、热解时间以及气化温度对浑源煤焦CO2气化反应的影响,并获得了气化反应的动力学模型.结果表明：浑源煤焦的气化活性随热解温度的提高而降低;每个热解温度都对应着一个最佳热解时间,且存在最佳热解时间随温度升高而缩短的趋势;提高气化温度能够显著提高煤焦的气化反应性能,气化温度对气化反应的影响大于热解温度的影响;低温度煤焦的气化活性随气化温度的提高而增加更为剧烈;900℃及以上的高温使活性点数增加,从而使煤焦间的活性差距分布均匀;浑源煤焦的气化反应适宜用体积模型来描述,所求取的动力学参数之间存在补偿效应,其等动力学温度约为1 199.6℃.     

秸秆焦的表面特征及CO2气化反应性的研究

在700～1000℃热解温度条件下制备了稻秸秆和麦秸秆焦并进行了SEM和BET表面积测试分析,采用等温热重法研究了这些秸秆焦的CO2气化反应特性.结果表明:在较低热解温度(700℃)下,秸秆热解焦中尚含有一定量未析出的焦油;在700～1000℃范围内,随热解温度上升秸秆焦的BET表面积逐渐增加,而气化反应活性却有所下降;在800～1100℃气化温度范围内,秸秆焦的气化反应性随气化温度明显增加,两种秸秆焦的表观活化能则随热解温度稍有增加,稻秸秆和麦秸秆焦的表观活化能范围分别为183.58～196.50kJ/mol和147.27～184.01kJ/mol.     

基于等转化率法的生物焦CO_2气化反应动力学参数研究

利用热重分析仪在800~950℃对稻秆焦和木屑焦CO2等温气化过程进行了研究。分别采用等转化率法和随机孔模型求解了稻秆焦和木屑焦气化反应的动力学参数。通过等转化率法发现,随着碳转化率的增加,反应活化能随着碳转化率的升高而增大,稻秆焦和木屑焦在碳转化率为0.02时刻(即接近初始时刻)的活化能分别为157.2 k J/mol和166.4 k J/mol;采用随机孔模型计算得到稻秆焦和木屑焦的活化能分别为155.1 k J/mol和165.5 k J/mol,与等转化率法求得的碳转化率为0.02时刻的活化能接近,表明随机孔模型可以准确地描述稻秆焦和木屑焦的气化特性。同时发现,同一气化温度下,稻秆焦的结构参数大于木屑焦的结构参数;不同温度下的同一焦炭的结构参数f与对应的气化温度存在良好的指数关系。最后结合结构参数f与气化温度的指数关系表达式,得出稻秆焦和木屑焦的等温气化反应动力学随机孔模型速率表达式。     

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。     

几种因素对天然焦-H_2O气化反应活性的影响

在Thermax500型加压热重分析仪上进行了天然焦-H2O气化反应试验,分析了常压下气化温度、水流量、氧气分压、反应气氛和灰分等因素的影响.结果表明,气化温度升高,天然焦-H2O气化反应明显加快;随着水流量加大,碳转化率有所增大,但水流量达到0.07 mL/min后,碳转化率不再随水流量的进一步增加而变化;在气化剂中加入少量纯氧能有效促进气化反应;天然焦-H2O的气化速率明显大于天然焦-CO2的气化速率;天然焦脱灰后碳转化率略有降低.     

各种因素对煤加压热解影响的试验研究

在新研制的双炉膛加压热重分析仪上进行了韩桥烟煤和阳泉无烟煤的加压热解试验,研究了各种因素（如温度,粒径,加热速率等）在压力下对煤热解行为的影响,并对此作出新的合理的解释。     

非等温热重分析玉米芯半焦CO_2气化特性

采用非等温热重法对玉米芯热解半焦CO2气化行为和动力学特性进行研究。结果表明:升温速率对整个气化过程有重要影响。随着升温速率的增大,完成反应所需的温度提高,反应速率增加,反应时间缩短,而且升温速率越大,反应速率的峰值越高且向高温区偏移。利用Kissinger微分法和Coats-Redferm积分法分别计算动力学参数,所得不同升温速率下的平均活化能为180.77kJ/mol;升温速率越大,活化能越小。研究发现,玉米芯热解半焦CO2非等温气化的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应,两者满足lnA=0.09384E+2.604。     

烟煤煤焦等温CO2气化动力学模型研究

在建立的化学反应动力学控制实验条件下利用自建固定床实验台研究了烟煤煤焦等温CO2气化反应特性。采用均相模型、未反应收缩核模型和修正体积模型计算得到气化反应活化能分别为147.7kJ/mol、102.9kJ/mol和155.5kJ/mol。利用等转化率法避开反应机理函数的选择,计算得到反应活化能为144.1～166.0kJ/mol。通过比对不同模型相关系数大小以及与等转化率法计算所得活化能范围符合程度相结合的方法,确定均相模型和修正体积模型为最佳动力学模型;根据修正体积模型中经验常数b≈1,可认为修正体积模型与均相模型为同一模型。因此确定烟煤煤焦CO2气化反应最佳动力学模型为均相反应模型。     

竹材热解过程的动力学研究

采用工业分析及热重分析对竹材进行了热解研究。结果表明:竹材具有高挥发分、低灰分的特性;随着升温速率的增大,最大失重率增加,DTG曲线整体向后移动,最大失重率所对应的温度升高。在升温速率20℃/min下对竹材试样进行热解,有利于竹炭产率的提高;分别对热解过程进行分段拟合和整体拟合,分段拟合时,第一阶段反应级数为0.5,第二阶段反应级数可以认为是1.5或2;整体拟合时,反应级数相关系数在0.99以上,可以认为竹材热解过程是一个整体连续反应,前半阶段以半纤维素热解为主,后半阶段以木质素热解为主,纤维素的热解则贯穿整个反应过程。在不同升温速率下,无论对分段拟合还是整体拟合,随着反应级数的增加,活化能和频率因子都由小变大,呈现很强的规律性。     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧反应动力学的试验研究

在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验,确定了3种煤粉的燃烧特征参数并进行了动力学分析.结果表明,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同,在相同O2浓度的条件下,O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,燃尽时间长;随着O2浓度的增加,燃烧DTG曲线向低温区偏移,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,可燃性指数及燃尽指数明显提高;O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应,动力学参数随燃烧气氛与煤质变化的不同有较大差异.     

水合物法分离生物质气化气中CO2的研究

以生物质气化气中的CO2为研究对象,研究压力、气液比、四丁基溴化铵(TBAB)浓度和洗焦废水对CO2分离效率的影响。结果表明:CO2的分离效率(分离因子)随进气压力的增大先增大后减小;随气液比的增加先减小后增大;达到水合物形成的平衡压力后,随TBAB浓度的增大而减小。较低浓度的洗焦废水由于可增加气体的溶解速率并减少水合物的诱导时间而增加水合物的形成速率。在2.1 MPa、气液比14.63、TBAB物质的量浓度为0.29%时,CO2分离效率最高,分离后气相CO2气体含量由17.85%下降到8.71%,目标气体H2、CO损失率约为5%,水合物相中CO2含量达81.63%。     

基于Weibull混合模型的生物质热解动力学研究

该研究选取中国产量较高的3种农作物水稻、油菜和棉花的秸秆作为研究对象,采用Weibull混合模型对稻秆、油菜秆和棉秆进行热解动力学解析。结果表明,稻秆、油菜秆和棉秆的热解动力学子过程可分为3个过程:水分蒸发,热解挥发分析出和热解炭化;Weibull混合模型可很好的描述3种物料的热解挥发分析出过程;Weibull混合模型可将生物质热解动力学过程分解为其主要组分纤维素、半纤维素和木质素的热解子过程。研究结果有助于后续生物质热解机理的研究。     

废白土热解制备烃类化合物的热解行为分析

文章利用动力学模拟与热解试验相结合的方式探究了废白土的热解行为,并阐述了废白土的热解反应路径。Kissinger-Akahira-Sunose和Flynn-Wall-Ozawa动力学分析表明,废白土的热解主要分为两个阶段,反应所需活化能先由207.874 kJ/mol逐渐上升至455.460 kJ/mol,随后进入稳定阶段,最后热解结束,活化能突变至683.229 kJ/mol。固定床热解试验结果表明,废白土热解第一阶段(180～420℃)的主要产物为羧酸,随着热解温度的升高,热解进入第二阶段(420～550℃),将羧酸转化为脂肪烃、芳烃、酮及其他小分子氧化物。该研究可为废白土的热解处理乃至其他含油固体废弃物的热解处理提供很好的理论依据。     

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。     

高炉熔渣组分对煤-CO_2气化反应性的影响

利用STA409PC综合热分析仪以等温热重法对高炉熔渣组分对煤焦-CO_2气化反应性的影响进行了研究,主要考察了SiO_2、MgO、CaO及Al_2O_3对气化反应的影响。实验结果表明:CaO对高炉熔渣中煤焦的气化反应具有催化作用,但是气化反应温度达到一定值时,CaO组分含量的变化对气化反应速率的影响可以忽略不计;Al_2O_3对高炉熔渣煤焦的气化反应具有一定阻碍作用,且这种阻碍作用与气化反应温度有一定的关系;MgO对气化反应具有一定的催化作用,在本实验的研究范围内,当MgO组分含量在8%~10%变化时,煤焦的气化反应速率随MgO组分含量的增加而增加;当MgO组分含量在10%~12%变化时,煤焦的气化反应速率随MgO组分含量的增加而降低;SiO_2在气化反应过程中既没有起到催化气化的作用,也没有阻碍气化反应的进行,但这没有考虑SiO_2对熔渣流动性的影响。     

玉米芯水解残渣热解焦ZnCl2活化动力学分析

为优化玉米芯水解残渣低温热解、ZnCl2活化制备活性炭的工艺过程,获取活化过程的优化工艺参数,在热分析仪上对残渣热解焦的ZnCl2活化过程进行了研究。通过对比ZnCl2溶液浸渍前后残渣热解焦的热重特性,分析了ZnCl2活化机理,采用分布活化能模型(DAEM)对浸渍热解焦活化过程进行了动力学分析。结果表明,经ZnCl2浸渍后的残渣热解焦热失重区间集中在450~650℃,且失重峰明显增强,固体残留质量大幅降低。DAEM计算结果表明,浸渍热解焦在活化过程中的活化能分布为190~280 kJ/mol,在E=210 kJ/mol时活化能分布函数达到最大值。