稻壳与褐煤共热解动力学研究

利用热重分析仪对稻壳与褐煤单独及共热解过程进行研究。动力学分析选用Coats-Redfern模型和分布活化能模型(DAEM),发现Coats-Redfern模型无法在整个温度区间内对生物质的热解进行预测,只能将热解过程分为多段的单一反应;DAEM法计算得到的热解活化能随原料转化率的增大,大体呈现升高—平稳—升高的趋势;稻壳热解平均活化能约为182 k J/mol,褐煤为288 k J/mol,共热解因混合比例的不同而有所差异,为180~190 k J/mol,远小于褐煤,推测生物质的存在对煤炭热解具有一定的促进作用;对比Coats-Redfern模型和DAEM模型对于共热解过程动力学分析,发现DAEM模型更适于模拟稻壳与褐煤共热解过程中的活化能变化情况。     

农业废弃物共热解试验及动力学研究

采用微机差热天平对稻壳、花生壳、小麦秸秆及其1:1混合样品的热解过程进行研究,并采用FWO法计算共热解反应的活化能。结果表明不同种类生物质共热解与单独热解存在相似性,可以分为干燥脱水、预热解、挥发分大量析出和残余物缓慢分解共4个阶段;3种混合样品热解的着火温度均低于单独热解时的平均值,稻壳与麦秆、花生壳与麦秆混合样品的失重率大于任意组分单独热解的平均值,活化能小于单独热解的平均值,而稻壳与花生壳混合样品的失重率小于单独热解的平均值,活化能大于单独热解时的平均值;不同种类生物质共热解过程具有明显的协同效应,且共热解的协同效应表现为两种生物质联合作用的结果,与掺混比例不存在线性叠加关系。     

生物质与云南褐煤共热解特性研究

选取一种典型的生物质样品(木屑),将木屑与褐煤分别以15∶85、30∶70、50∶50的质量比例混合.采用热重分析法,在某一特定升温速率下,对各种混合物样品进行热解实验,探讨了单独木屑与褐煤热解特性的差异以及它们共热解时对褐煤热解过程的影响.实验研究表明,木屑与褐煤的热解特性差异较大,木屑的热解温度低,热解反应速度较快,褐煤的热解温度高,热解速度相对较慢.木屑与褐煤共热解特性并不是单独褐煤和单独木屑的简单叠加,而且木屑与褐煤混合热解过程的放热量和木屑的混合比例关系较大.     

甲烷浓度对天然气与煤共热解的影响

天然气与煤共转化技术是一种新的合成气工艺。利用热天平比较研究了在甲烷气氛和氮气气氛下褐煤的热失重规律,研究发现在350℃~650℃之间,甲烷气氛下煤热解的失重速率要高于氮气气氛下的失重速率,表明由于甲烷的存在促进了煤的热解。通过不同甲烷浓度下常压固定床褐煤的热解气相产物分析表明,甲烷的存在不仅使煤的热解发生变化,而且甲烷浓度的变化对碳氢组分的析出规律也有较大影响,C2、C3、C4的析出在400℃~500℃温度区间内最为强烈,而随着甲烷浓度的增大,轻质烃的析出浓度基本呈上升趋势。     

烘焙木屑与褐煤共热解特性研究

褐煤与木屑及在250℃/30 min的条件下烘焙后的木屑进行不同比例的掺混,分别通过热重分析仪和900℃高温热解研究其共热解特性。研究表明,木屑通过烘焙后,初始热解温度升高,热解剩余物增加,更接近褐煤;褐煤掺混的热重分析过程中,两种木屑的添加有利于提高反应物的转化率,但木屑的作用更强;与褐煤的高温共热解过程中,两种木屑的添加有利于提高气体和液体产物产量,烘焙木屑比木屑更有利于气体产生,而木屑更有利于液体产生;两种木屑的添加还有利于H2的产生,但木屑的作用更明显;烘焙木屑和褐煤共热解与两种物质单独热解焦油成分对比得出,共热解有利于使焦油成分变的简单,烘焙木屑与木屑单独热解焦油成分对比得出,烘焙过程可有效减少焦油中的物质。     

炼化废液与褐煤混合物共热解特性及动力学分析

利用热重分析法对炼化废液与褐煤混合物的共热解特性和组分间相互作用进行研究。在升温速率30℃/min条件下,利用Coats-Redfern法求解不同掺混比例的废液固形物与褐煤混合物的热解动力学参数。废液固形物及其与褐煤混合物热解过程可分为三个阶段,而褐煤为两个阶段。随着废液固形物掺混比例的增加,混合物反应活性逐渐升高,TG曲线向低温区偏移且失重程度加剧,挥发分初析温度(t_s)、热解峰温度(t_p)、热解终止温度(t_f)及残留物含量(M_r)减小,最大失重速率(-v_p)、平均失重速率(-v_v)和挥发分综合释放特性指数(D)显著增大。废液固形物与褐煤在共热解过程中存在着一定的相互抑制作用。动力学分析结果表明,热解过程的各个阶段均可用级数反应模型来描述,活化能随温度升高而增大。     

有机固废共热解气化产物及其污染物排放特性研究综述

综述了国内外热解气化技术现状以及其遇到的问题,总结了热解气化技术特点,归纳了国内外共热解气化的研究现状;探讨了共热解的优缺点、生物质与有机工业固废、餐厨垃圾的共热解机理及其协同效应,以及在共热解过程中生物量、混合比和热解温度对共热解产物的影响。结果表明,生物质与有机固废共热解相比于单种生物质热解可以提高能源资源的利用率,并降低多种污染物的排放水平。但当前对热解气化特性差异较大的混合组分的反应机理研究仍不充分,对催化热解气化过程中催化剂的选取原则也有待深入研究。     

生物质混合物与褐煤共热解特性的试验研究

选取秸秆、稻壳、玉米芯、木屑、沙柳枝和叶、旱柳枝和叶、紫花苜蓿、芦苇、碱草等13种农业和林业废弃物、草木类等生物质，按相同比例混合为生物质混合物，采用热重分析仪分析研究该生物质混合物与某典型褐煤在不同混合比例下的共热解特性，计算了生物质挥发分析出终止温度并合理定义了褐煤挥发分析出温度。热解试验表明：不同比例的生物质混合物与褐煤在共热解过程中，热解产物的产率基本等于单独热解生物质和褐煤的产率加权平均值；生物质混合物的比例在20％～400％时，褐煤挥发分析出温度低于褐煤单独热解时挥发分析出温度，生物质中的高碱金属和CaO含量及H／C比较大等因素的存在具有一定的促进作用；生物质混合物的比例在50％以上时，由于生物质密度较小且易软化，阻碍煤挥发分的选出和扩散，使褐煤挥发分析出温度显著高于褐煤单独热解时挥发分初始析出温度，生物质对褐煤热解有抑制作用。     

玉米秸秆热裂解试验研究

在热天平分析玉米秸秆热失重行为基础上,利用气相色谱仪分析研究了玉米秸秆在热裂解过程中热解气的组分。分析结果表明:随着温度升高,气体产物中氢气、甲烷的含量增加,二氧化碳、一氧化碳的含量却减少。结合玉米秸秆的化学组分从分子微观结构角度对玉米秸秆热裂解过程进行了分析。     

高温移动床废轮胎与生物质直接热解制气性能研究

对以不同比例组成的废轮胎与生物质均匀混合物在移动床内高温直接热解的制气性能进行了研究,考察了温度和废轮胎含量对产物产率、气体组分以及热值等影响。结果表明,温度对直接热解气产率和热值影响较大,温度越高,气体产率越大而热值越小;混合物中废轮胎含量增大,热解气中碳氢气体含量增多而含氧气体减少,气体产率逐渐减小而热值增大。温度升高,合成气(H2+CO)含量和H2/CO比值均增大;废轮胎含量增大,合成气(H2+CO)含量和H2/CO比值先增大后减小。当热解温度为1 000℃,废轮胎含量为35%时,热解产物中(H2+CO)含量最高为61%,且H2/CO的比值达到最大值为1.53,有利于作为工业合成气原料。同一温度下,混合物直接热解气热值远远高于生物质单独热解,说明废轮胎的掺入有助于优化热解气组成,提升燃气品质。     

Study of chemical looping co-gasification (CLCG) of coal and rice husk with an iron-based oxygen carrier via solid–solid reactions

The chemical looping gasification (CLG) is a promising gasification technology for syngas production. It reduces the demand for pure oxygen and heat from outside by the cycle of oxygen carriers. The lattice oxygen is transferred by oxygen carrier like Fe₂O₃ in CLG. Considering the synergy between lignite and rice husk, the chemical looping co-gasification (CLCG) of lignite and rice husk with Fe₂O₃ as oxygen carrier was studied in this work. The mass loss of lignite increased by about 3% with the help of rice husk. Due to the synergetic effect, rice husk developed the pyrolysis of coal in the co-gasification. It is found that the most contributing reaction at around 800 °C–1000 °C in CLG is the gasification of char with Fe₂O₃via solid-solid reactions. The kinetic fitting was used to explore the reaction mechanism of CLCG. The modified random pore model (MRPM) fitted the experimental data well, which confirmed the solid-solid reactions between char and Fe₂O₃, and the synergy between lignite and rice husk in CLCG. Finally, the gas analysis was conducted in a fixed bed system with gas analyzers. It is found that Fe₂O₃ enhanced the concentration of CO and CO₂ in CLG process.     

采用热重与红外光谱联用研究玉米秸秆热解

采用热重与红外光谱联用技术(TG—FTIR),在升温速率为20℃/min下,对玉米秸秆各部分(秸秆皮、秸秆瓤、叶子及苞叶)的热解产物及析出过程进行了实验研究。实验结果表明,玉米秸秆各部分的热解产物主要为CO2、CO、CH4、H2O,同时含有少量的丙酸类物质;秸秆皮和秸秆瓤热解气体的析出呈单峰形状,而叶子和苞叶热解气体的析出呈双峰形状;玉米秸秆各部分的热解最大失重率对应的热解温度约为360～371℃,相差较小;对玉米秸秆的同一部分,主要热解产物的最大失重率对应的热解温度基本相同。     

旋转锥式热解炉内煤颗粒混合热解的实验研究

设计出一种旋转锥式煤热解炉,对炉内煤颗粒热解过程进行实验研究,测定了煤颗粒平均粒径、热解温度、旋转锥旋转速率及煤热解失重的关系.实验结果表明,随着煤颗粒平均粒径的增加、热解温度的降低和旋转锥旋转速率的减小,热解失重呈现出明显的下降趋势;此外,在煤颗粒中加入载热体,可促进煤颗粒热交换过程的传热效果,而且随着载热体混合量的增加使煤热解失重呈现增加趋势.研究结果有助于深入理解煤热解机理,为新型旋转锥式热解炉的深入研究和推广应用提供参考.     

稻壳连续热解特性研究

在自行研制的生物质连续热解反应装置上进行稻壳连续热解和二次裂解实验研究。随着稻壳热解温度的提高,炭产率降低,气体产率增加,液体产率先增加后减少;随着滞留时间的减少,炭产率、液体产率增加,气体产率减少。稻壳热解气以CO2和CO为主,且二者为竞争关系,热解温度提高,CO2产量降低,CH4、H2、C2H4、C2H6产量增加,CO的产率变化不大;滞留时间对热解气组分影响不大。二次裂解温度提高,裂解气中的H2、CH4、C2H4含量明显增加,二次裂解温度为800℃时,H2产率达到12%。稻壳500℃热解挥发物600℃二次裂解木醋液中醋酸含量高达49.44%,焦油中检测到的物质主要为丙酮和异丙醇。     

生物质固定床热解特性的试验研究与分析

对稻杆、稻壳、木屑在固定床热解反应器内的热解特性进行研究,考察热解反应温度和生物质种类对热解特性的影响,分析了热解产物的性质。结果表明,三种原料热解气的热值在１２０００￣１５０００ｋＪ／Ｎｍ＾３之间,可满足民用煤气的热值要求;产气率一般为０．２５￣０．４５Ｎｍ＾３／ｋｇ,其中稻壳的产气率最低;温度对热解产气率、生物油产率的影响很大,对热解气组份、热值、气流率及半焦产率影响也较显著;生物油的特性数据     

Effect of lignin on the co-pyrolysis of sludge and cellulose

In order to investigate the role of the lignin in the co-pyrolysis process of the sludge and the cellulose, the co-pyrolysis process was carried out in a thermogravimetry analyzer. The result shows that when the proportion of the sludge:cellulose:lignin was 1:1:0.4, the main co-pyrolysis temperature range was narrower, the ultimate pyrolysis weight loss was more, and the synergistic effect had a longer duration time. When the pyrolysis temperature was below 400°C, the addition of the lignin could promote the co-pyrolysis process of the cellulose and the sludge, such as the decrease of the activation energy E.     

木质素与高密度聚乙烯共热解特性研究

生物质与塑料共热解是一种非常有效的生物质利用方法之一,但由于生物质结构的复杂性,共热解过程的机理尚不明晰。木质素是生物质的主要组分之一,本文通过热重-质谱联用仪和裂解器-气相色谱质谱仪研究其与高密度聚乙烯共热解过程,获取共热解特性及热解产物分布特性,以揭示共热解过程机制。结果显示,木质素与高密度聚乙烯共热解过程存在协同效应,使得热解失重速率加快,热解固体残渣含量减少。共热解过程有利于CH₄、H₂O、CO和C₂H₄的生成,抑制CO₂的生成。同时,酚类、醇类和糖类等含氧化合物产量减少,烷烃和烯烃类化合物产量增加。结果表明,共热解过程会发生氢转移现象,氢与木质素衍生热解产物结合发生反应,从而抑制含氧化合物的生成,促进烷烃类和烯烃类化合物生成。     

Investigating the release behavior of biomass and coal during the co-pyrolysis process

The release behavior of biomass and coal in the co-pyrolysis process was investigated. The release characteristics of the small molecules from 100 to 1000 °C were researched by TG-MS at the heating rate of 30 °C/min. The pyrolysis products during the co-pyrolysis process were compared with that in the separate pyrolysis process. It is found that the changes of pyrolysis products in the co-pyrolysis process are similar to that in the separate pyrolysis process. The main pyrolysis products of the biomass are released at the temperature lower than 500 °C. Some of the small molecules of Shenfu coal release at the temperature higher than 900 °C. The yields of aromatic compounds in biomasses are lower than that in Shenfu coal. In addition, most of the raw materials are pyrolyzed independently during the co-pyrolysis process. The differences between the experimental values and calculated values are slightly. With the addition of biomass, the content variations of aromatic compounds are not significant.     

Co-pyrolysis of petrochemical sludge and sawdust for syngas production by TG-MS and fixed bed reactor

The main objective of this work is to investigate the syngas production from petrochemical sludge (PS) and sawdust (SD) co-pyrolysis. In this study, the pyrolysis experiments of PS, SD and their blends were carried out in TG-MS analyzer and fixed bed reactor. The effects of pyrolysis temperature and interactions between PS and SD on gas evolution behavior, products distribution and gas compositions were investigated. The PS pyrolysis result showed high temperature favored the gas production and there was a distinct increase in gas yield when temperature exceeded 700 °C. The Fe₃O₄ in solid was reduced by carbon with the generation of CO and CO₂, leading to the increase of gas yield. During the co-pyrolysis process, significant interactions between PS and SD were observed. SD addition promoted the increase of gas yield, as well as the generation of H₂ and CO. In addition, the activation energy during co-pyrolysis process was reduced due to the interaction. The strongest accelerative effect on gas yield appeared at 60 wt% SD, under which the gas yield was 39.59 wt%, H₂+CO content was 61.34 vol%, LHV was 13.39 MJ/Nm³. It was concluded that SD addition was conductive to syngas production from PS pyrolysis.     

生物质热解的TGA-FTIR分析

基于TGA-FTIR联用技术,在线分析研究稻壳、稻秆及麦秆3种典型生物质在不同升温速率下的热解特性.分析生物质种类及升温速率对生物质的热解动力学参数及热解产物的影响.研究表明:由于生物质组成不同,其热失重特性也不同,生物质热解反应的活化能较低,为40～60 kJ·mol-1;红外分析表明试验用生物质热解过程中产物的析出规律相似,热解初始阶段先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,生成各种烃类、醇类、醛类和酸类等物质.随后,这些大分子物质又二次降解为一氧化碳为主的气体产物.