水蒸气气氛下牦牛粪动力学特性研究

采用热重分析法对水蒸气气氛下牦牛粪热失重特性进行了研究,并运用Flynn-Wall-Ozawa法、主曲线法/Kissinger法和分布活化能模型(DAEM)连续耦合的方法对热解过程进行反应机理分析以及动力学参数计算。研究结果表明：牦牛粪水蒸气气化过程主要分为两个阶段,即热解阶段和气固反应阶段;水蒸气对前者有轻微的抑制作用,对后者有显著的促进作用。动力学分析表明,反应级数机理模型(热解阶段和气固反应阶段反应级数分别为2.40和1.17)对牦牛粪水蒸气气化动力学过程有较好适应性;热解阶段的半纤维素、纤维素和木质素热解对应的活化能分别为169.32、 185.76和219.52 kJ/mol;气固反应阶段的热解炭缩合反应和水蒸气气固反应对应的活化能分别为275.59和312.44 kJ/mol。     

中药固废原料特性与热解失重特性关联性分析

为了了解中药渣热解特性与组成结构的关联,本研究以10种典型植物类中药渣样品为原料,分析了其组成结构以及有机组分,并采用热重分析仪研究其热解失重特性,通过对中药渣原料特性与热解过程行为进行关联性分析,探讨影响中药渣热解过程的物性因素以及关联耦合机制。研究结果表明：中药渣均检出较高含量的N、S,根类样品的纤维素含量较高,叶类样品的木质素含量较高。叶类、茎秆类以及种子类中药渣样品热解脱挥发分能力较差,采用Coats-Redfern积分法得到热解活化能基本在100 kJ/mol以内;而块根类中药渣样品热解脱挥发分能力较强,活化能高于110 kJ/mol。其中,山药样品热解脱挥发分能力最强,热解活化能为169.83 kJ/mol;青蒿叶样品热解活化能最低,仅64.32 kJ/mol。纤维素和木质素是影响热解脱挥发分和热解活化能的主要物性因素,纤维素和木质素含量可用于预测中药渣热解脱挥发分能力与热解活化能。     

生物质热解动力学模型的研究

在氮气气氛和不同的加热速率下对杉木原料进行了热重分析.由失重和失重速率曲线分析可知,生物质热解过程分为三个阶段.采用非线性最小平方算法,按三组分独立平行一级反应热解动力学模型,模拟计算的曲线与实验结果吻合较好,求解的动力学参数与文献报道值吻合较好,且随着升温速率的加快,纤维素和木质素热解的活化能有增加的趋势,而半纤维素活化能有下降的趋势.     

纤维素热解动力学分析方法研究

以微晶纤维素为原料,在氮气气氛中利用热重分析仪考察了不同升温速率条件下纤维素的热解实验,分析了纤维素的热解动力学特性。采用双等双步法和Popescu法从热分析动力学的41种机理函数中选取最概然反应机理函数,同时运用Freeman-Carroll法、Coats-Redfern法、Starink法和双等双步法4种热分析方法计算热解反应活化能（E）、指前因子（A）,并对结果进行了分析比较。结果表明,随着升温速率提高,纤维素热解起始温度增加,热失重速率升高;纤维素的热解过程可分为4个阶段：脱水预热（40~120℃）、热解初期（120~260℃）、主要热解失重（260~400℃）和炭化（400~900℃）。纤维素主要热解段分两个阶段进行,其活化能在低温段（260~350℃）时,为166~176 kJ/mol,高温段（350~400℃）时,为171~216 kJ/mol;采用反Jander动力学模型能较好地描述主要热解反应过程;采用单一扫描速率法（Freeman-Carroll法和Coats-Redfern法）分析结果与实际值有较大偏差,多重扫描速率法（Starink法和双等双步法）得到的结果更具可靠性。     

板栗壳的热解特性研究

采用热重分析仪和三种动力学计算方法研究了板栗壳的热解过程,可分为失水干燥、主热解和炭化三个阶段。含量较高挥发分(68.42%)造成主热解区间质量损失最多,主要是木质素、纤维素和半纤维素三种生物质组分的分解,其含量和特性使热解过程产生不同趋势。提高升温速率产生的热滞后现象使热解不够充分,导致主热解阶段活化能和频率因子增大。     

煤与稻壳共热解热重分析及动力学

利用热重分析仪对长焰煤和稻壳分别单独及按不同掺混比例进行热质量损失实验研究。通过比较煤与稻壳共热解热质量损失曲线和计算得到的理论曲线发现,添加稻壳对共热解过程有促进作用,在不同的稻壳掺混比例下,共热解过程质量损失率和最大质量损失速率均较理论值有不同程度的增大,推测稻壳掺混对共热解存在促进作用,促进作用与稻壳掺混比例不成线性关系。对煤与稻壳及共热解过程进行动力学分析,获得了反应活化能和频率因子,分析计算热解动力学参数表明共热解过程存在动力学补偿效应。     

次烟煤与高硫焦煤共热解相互影响及动力学研究

为了研究次烟煤与高硫焦煤共热解过程中的相互作用,选取资源相对丰富的水峪高硫焦煤(SC)作为主炼焦煤样,伊宁次烟煤(YC)为配入煤样,通过热重分析技术对2种煤样及其不同配比混煤的热解行为进行了研究,并通过计算动力学参数分析热解过程的动力学特性。结果表明,由于变质程度的不同,煤样SC和YC单独热解的行为差异明显;混煤共热解的失重率随着YC掺入比例的增加而增大,但共热解行为并非SC和YC热解特性的简单加和。动力学分析表明,2种煤及其混煤在不同热解反应阶段的动力学参数不同,各热解阶段的活化能和指前因子数值的大小顺序均随YC掺入比例的增加呈规律性变化,但并非单种煤热解活化能和指前因子数值的简单加权平均,混煤的热解行为是2种原煤相互作用的结果。     

五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学

木质素是自然界中最丰富的芳香类化合物,也是制浆造纸和木质纤维素生物炼制过程的主要副产物。热解是将木质素资源化、能源化利用的一个有效途径。但由于分离方法不同,所得的木质素产品具有不同的热解特性。本文通过有机酸处理、碱处理和氧化处理从甘蔗渣中分离得到5种木质素,即乙酸木质素(AAL)、Acetosolv木质素(As L)、Milox木质素(ML)、过氧乙酸木质素(PAAL)和碱木质素(AL)。采用差示扫描量热(DSC)和热重分析(TGA)对5种木质素的热解性质进行了研究。发现5种木质素的热解过程均可分为水分脱除、玻璃化转变、热解和缓慢结焦4个阶段。采用非等温的Coats-Redfern积分法对热重数据进行动力学拟合。结果表明,PAAL在200~700℃范围内的热解为二级动力学反应,另外4种木质素则在250~700℃范围内为二级动力学反应。5种木质素的热解表观活化能分别为AAL 33.33kJ/mol、As L 36.36kJ/mol、ML 31.10kJ/mol、PAAL24.74kJ/mol以及AL 36.93 kJ/mol。     

基于TGA-FTIR和无模式函数积分法的稻壳热解机理研究

利用热重红外联用技术(TGA-FTIR)和无模式函数积分法,研究了不同升温速率(5、10、20、30 ℃/min)下,稻壳的热解特性和热解动力学,深入探讨其热解机理。TG和DTG研究表明,稻壳的热解过程分为干燥、快速热解和炭化3个阶段,随着升温速率的增加,TG和DTG曲线向高温一侧移动。稻壳热解气体成分含量最多的是CO₂,醛、酮、酸类以及烷烃、醇类和酚类等有机物。通过无模式函数积分法:FWO法和KAS法,计算得到的活化能随着转化率(α)增加数值波动明显,证明稻壳热解过程发生复杂的重叠、平行和连续的化学反应。0.1≤α<0.35,半纤维素的支链首先降解,然后是主链降解。0.35≤α≤0.7,纤维素首先转化为中间产物活性纤维素,然后活性纤维素再次降解。0.7<α≤ 0.8,主要是木质素降解,生物质中可降解的挥发分减少以及低反应活性的焦炭的不断生成是造成此阶段活化能快速增加的主要原因。总之,生物质三组分化学成分和结构差异造成不同转化率下活化能的差异。     

神木煤与生活污泥共热解特性及动力学分析

采用热重分析仪,对不同混合比例的煤泥混样进行热解特性及动力学研究。根据各试样的热重曲线(TG)和微熵热重曲线(DTG),计算热解特征参数和动力学参数,重点分析了生活污泥的添加量对神木煤热解过程的影响。结果表明:煤与生活污泥的热解过程有很大差异,主要表现在挥发分初析温度、总失重率及最大失重速率。随着污泥添加量的增加,煤泥混样热解各阶段的最大失重速率、热解总失重率逐渐增加,而热解初析温度及热解活化能逐渐减小,表明污泥的添加对煤的热解具有促进作用。污泥质量分数为90%时,煤泥混样的热解特性最优,挥发分综合释放特性指数D和热解活化能分别是煤单独热解时的2. 86倍和75%。     

PET和关中麦秆共热解特性及其动力学研究

利用TG-FFIR技术研究陕西关中地区小麦秸秆(麦秆)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及其两者混合物麦秆-PET(质量比1∶1)在20 K/min的升温速率下的热解行为、主要热解产物、协同效应和动力学.研究结果表明:PET热解初始温度为375℃,最大热失重速率处的温度为454.9℃,失重率为62.87％,其热解残余质量...     

生物质三组分二元混合热解特性研究

采用TG-FTIR-MS研究了生物质三组分二元混合热解过程的失重特性和小分子气体逸出规律。结果表明二元混合组分热解过程降低了热解反应开始温度。纤维素与半纤维素混合热解过程热解反应受到抑制,热解失重率降低,H₂、CH₄和H₂O产量减小,CO和CO₂产量增加。木质素和半纤维素在混合热解过程中存在协同效应,促进热解反应进行,H₂产量增加,然而其他小分子气体产物的生成被抑制,协同效应的效果更有利于可冷凝挥发分产物生成,这种效应随着半纤维素比例增大而减弱。半纤维素和纤维素在整个热解过程表现出相互抑制的效果,其小分子气体产物产量减小,但随着纤维素比例增大,影响减弱。     

低阶煤与浒苔低温共热解过程分析及动力学

采用自行设计低温干馏装置对不同配比的低阶煤（LRC）和浒苔（EN）进行低温干馏实验,发现在浒苔配入量为30%时,焦油的产率达到最大值11.39%,比煤单独热解提高了28.61%,比理论加权值提高了8.87%。对低阶煤、浒苔及浒苔配入量为30%的混合样进行热重分析,发现低阶煤与浒苔共热解时在240～750℃段存在明显的协同效应,且其相对最大值达18.5%。动力学分析表明,混合热解时活化能与指前因子之间存在补偿效应,两者混合使反应活性增大,反应速率降低,协同作用主要表现在使共热解反应活性增大。     

TG study on pyrolysis of biomass and its three components under syngas

Pyrolysis of sawdust and its three components (cellulose, hemicellulose and lignin) were performed in a thermogravimetric analyzer (TGA92) under syngas and hydrogen. The effect of different heating rates (5, 10, 15 and 20 °C/min) on the pyrolysis of these samples were examined. The pyrolysis tests of the synthesized samples (a mixture of the three components with different ratios) were also done under syngas. The distributed activation energy model (DAEM) was used to study the pyrolysis kinetics. It is found that syngas could replace hydrogen in hydropyrolysis process of biomass. Among the three components, hemicellulose would be the easiest one to be pyrolyzed and then would be cellulose, while lignin would be the most difficult one. Heating rate could not only affect the temperature at which the highest weight loss rate reached, but also affect the maximum value of weight loss rate. Both lignin and hemicellulose used in the experiments could affect the pyrolysis characteristic of cellulose while they could not affect each other obviously in the pyrolysis process. Values of k₀ (frequency factor) change very greatly with different E (activation energy) values. The E values of sawdust range from 161.9 to 202.3 kJ/mol, which is within the range of activation energy values for cellulose, hemicellulose and lignin.     

生物质与废塑料催化热解制芳烃(Ⅰ):协同作用的强化

采用两段式固定床对比研究了纤维素与高密度聚乙烯（HDPE）的单独物料催化热解、混合物催化热解和分段催化热解,对热解产物分布、目标产物产率及选择性以及催化剂积炭量等参数进行考察,拟从模型化合物水平探索生物质与塑料催化热解制芳烃过程强化协同作用的可能性。结果表明,纤维素与HDPE的共催化热解（混合和分段催化热解）对芳烃的形成具有协同作用,且分段催化热解较混合催化热解表现出更显著的协同作用,可获得更高的芳烃产率及选择性,提高纤维素热解转化率并降低催化剂的积炭,其协同作用符合"双烯合成"反应理论。并结合HDPE催化热解验证实验对分段催化热解制芳烃过程协同作用的强化机理进行阐述。     

固定床反应器中生物质/废塑料共热解制备燃料油

通过热重分析不同生物质（木屑和秸秆）单独热解以及与塑料（PP和dcPVC）共热解时的热解行为,研究了生物质与塑料共热解过程中的协同作用。在固定床反应器中考察了塑料的含量对生物质/塑料共热解的影响,最后通过元素分析和GC-MS对所得生物油进行了分析。研究结果表明：生物质和塑料共热解过程中存在明显的协同作用。木屑和PP共热解过程中的协同作用最为显著,当PP含量为80%时,所得生物油的产率最高,明显高于两者单独热解得到的生物油。元素分析和GC-MS分析结果表明：木屑和PP所得生物油的含氢量较高,所得到生物油的热值与石化燃油的相近。     

Interactions among biomass components during co-pyrolysis in (macro)thermogravimetric analyzers

The interactions of biomass components (hemicellulose, cellulose, and lignin) during co-pyrolysis were investigated in a thermogravimetric analyzer (TGA) as well as a self-designed Macro-TGA with higher heating rate and larger amount of sample. The overlap ratio (OR) was used to evaluate the interaction of biomass components quantitatively. In TGA, the pyrolysis of xylan was not significantly affected by cellulose, whereas the pyrolysis of cellulose was markedly influenced by xylan. The interactions between xylan and lignin were weak with an overlap ratio of 0.9869, whereas co-pyrolysis of cellulose and lignin was strongly inhibited by interactions with the overlap ratio of 0.9737. In Macro-TGA, interactions between components were stronger than that in TGA due to more considerable heat and mass transfer effect.     

Co-pyrolysis of pine cone with synthetic polymers

Biomass from pine cone (Pinus pinea L.) was co-pyrolyzed with synthetic polymers (PE, PP and PS) in order to investigate the effect of biomass and plastic nature on the product yields and quality of pyrolysis oils and chars. The pyrolysis temperature was of 500 °C and it was selected based on results from thermogravimetric analysis of the studied samples. Co-pyrolysis products namely gases, aqueous and tar fraction coming from biomass, oils from synthetic polymers and residual char were collected and analyzed. Due to the synergistic effect in the pyrolysis of the biomass/polymer mixtures, higher amounts of liquid products were obtained compared to theoretical ones. To investigate the effect of biomass content on the co-pyrolysis, the co-pyrolysis of pure cellulose as model natural polymer for biomass with polymer mixture was also carried out. In the presence of cellulose, degradation reaction leading to more gas formation and less char yield was more advanced than in the case of co-pyrolysis with pine cone. Co-pyrolysis gave polar oxygenated compounds distributed between tar and aqueous phase and hydrocarbon oils with composition depending on the type of synthetic polyolefin. Co-pyrolysis chars had higher calorific values compared to pyrolysis of biomass alone.     

基于TG-FT-IR的关中麦秆热解特性及动力学研究

利用TG-FT-IR技术分别以5、10、20℃/min 3种不同的升温速率,在室温至1000℃下对陕西关中地区麦秸秆(麦秆)的热解行为、特性及动力学进行了研究。研究结果表明,关中麦秆的热解过程可分为4个阶段:失水(室温到150℃)、半纤维素热解(150~300℃)、纤维素热解(300~380℃)及木质素热解(380~1000℃);升温速率的升高使关中麦秆的起始热解温度提高,较低的升温速率可克服热解过程中的传热滞后现象,更有利于关中麦秆的热解。关中麦秆升温速率20℃/min下最大失重速率处的的热解产物主要为H₂O、CH₄、CO₂、CO及一些芳香族、酸类、酮类、醛类、醇类、烷烃、酚类和醚类等有机物。通过无模式函数法中的FWO和KAS法对关中麦秆的热解表观活化能在转化率(α)0.1~0.8内进行了计算,所得活化能均约为202 kJ/mol。此外,Kissinger法估算所得表观活化能约为171.12 kJ/mol,略低于FWO法和KAS法热解表观活化能。