水煤浆热解挥发分析出机理的研究

采用由日本岛津（SHIMADZU）公司生产的DTG-60H型热重-差热分析仪,对水煤浆在不同升温速率下的特性进行研究,升温速率分别为20C／min,30℃／min和50C／min．通过对水煤浆的热重分析数据的处理与分析,采用微分法和积分法相结合的方法,得到表征水煤浆热解反应挥发分析出的机理为Anti—Jander的三维扩散模型．实验表明,随着升温速率的增大,水煤浆热解反应的活化能也增大,与机理方程是吻合的．     

中变质煤热解的有机挥发分析出研究

选择5种有代表性的中变质煤,在实验室条件下进行热解,利用法国Setaram公司的TGA92热重分析仪和瑞士Balzers公司的四极滤质质谱仪QMS422联用组合进行TG-MS分析(热重质谱分析),针对有机挥发分析出的研究表明:1)烷基侧链的热解导致煤结构的解体,甲基的热解断裂温度高于亚甲基及次甲基,随煤变质程度的增大,它们析出的峰温增高;2)甲烷的析出有三种类型:一种是煤中甲基的热解脱落,形成甲基离子然后与氢反应形成甲烷,第二种是煤中吸附的甲烷析出,第三种是芳香体系聚合的稠环体系释放出甲烷;3)苯的析出也有三种类型,第一种类型为煤中芳香结构热解脱落亚甲基和次甲基等形成的苯离子进一步加氢的结果,第二种是煤中芳香结构热解脱落甲基形成苯离子,苯离子与氢反应生成苯,第三种是煤中缩聚反应的结果.     

水热处理对含油污泥热解特性及动力学影响

利用热重分析仪研究了水热处理对含油污泥（OS）热解特性的影响,并使用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Ozawa-Flynn-Wall (FWO)的方法对其热解动力学进行了分析,确定了经过不同水热温度处理后的含油污泥在不同热解阶段的表观活化能,考察了水热处理及其水热温度对含油污泥热解特性及动力学参数的影响。热分析的结果表明：水热处理使得含油污泥在热解不同阶段的终止温度向较低温度区间移动,在相同的转化率下经过水热处理后的OS在不同热解阶段的表观活化能均低于原样。随着水热反应温度从160℃增加到240℃,根据FWO法估算的OS在热解第一阶段的平均表观活化能从75.20kJ/mol增加到78.28kJ/mol,热解第二阶段的平均表观活化能从151.04kJ/mol降低到144.18kJ/mol,热解第三阶段的平均活化能从171.12kJ/mol增加到了192.59kJ/mol。     

褐煤水分和挥发分析出特性研究

为研究我国典型褐煤的水分和挥发分析出特性,以宝日希勒褐煤为原料,采用烘箱和热重等温实验在不同温度和粒径下对褐煤的水分析出特性进行研究,并对褐煤水分析出机理进行探讨,建立了相应的机理方程。采用马弗炉等温热解实验对褐煤的挥发分析出过程进行研究。结果表明,褐煤中水分的析出过程受温度和粒径2种因素影响,温度的升高可以弥补大颗粒传热传质阻力的影响。由于水分赋存形式的不同,褐煤低温脱水过程可分成2个阶段,分别对应不同结合形式水分的析出,有着不同的干燥机理方程,而相对较高温度脱水时则没有明显的界限差别,比较适合的褐煤脱水温度和脱水粒径分别为150~200℃和15 mm以下。挥发分的析出则主要与温度有关,从200℃开始析出,400℃后大量析出,1 000℃以下,温度升高,析出量增多,但随着温度上升,增加趋势变缓。     

常见钠盐的高温挥发特性及热解机理

选取有机废液中常见的钠盐(氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、甲酸钠、乙酸钠、草酸钠),通过热重分析仪,在25～1400℃考察其高温挥发特性。基于Gibbs自由能最小原理,对Na Cl、Na₂CO₃及Na₂SO₄的挥发特性进行热力学计算。结果表明,在N₂气氛中,Na Cl在达到熔点后以气态Na Cl及气态Na₂Cl₂的形式释放,Na₂SO₄升温至885℃分解生成Na₂O,同时Na₂O分解,并以Na单质形式释放。而有机羧酸钠盐在600℃之前均热解为Na₂CO₃,继续升高温度则分解为Na₂O,同样最后以气态Na单质的形式释放。在空气气氛中,由于O₂的存在,抑制了Na₂O的分解反应,致使Na₂CO₃分解速率小于N<...     

生物质炭对聚丙烯热解挥发分的催化重整分析

应用生物质衍生焦炭对聚丙烯挥发分进行催化重整,分别将Na_2CO_3、CaO和Fe_2O_3负载在炭中以实现催化效果的强化。通过对比液相产率、产气率可以看出:生物质炭对聚丙烯挥发分有显著的催化重整效果,温度为750℃时液相产率为11.80%,较无催化时下降了13.60%。Na_2CO_3作用下随着温度的升高,750℃时液相产率为8.66%,较聚丙烯单独热解时下降了16.74%,产气率最高可达50.86%。负载Fe基的生物质衍生焦炭,在高温阶段对聚丙烯热解挥发分的降解效果不明显,液相产率750℃时为11.64%,产气率为47.91%。添加CaO,随着热解温度的提升液相产率最低可至9.36%,较单独热解时下降了16.04%,产气率最高可达50.18%。在本实验条件下,生物质炭中负载Na基对聚丙烯挥发分催化重整效果最为明显。     

糠醛渣热解特性及热解挥发产物对其燃烧烟气原位控氮作用

通常,具有高含氮资源禀赋生物质在能源化利用过程中需控制NO_x排放。解耦燃烧是可适用于高含水、高含氮燃料的低NO_x燃烧技术,其对NO_x生成的抑制效果优于其他燃烧技术。为揭示解耦燃烧中热解挥发产物的原位控氮潜力、发展双流化床解耦燃烧技术,以糠醛渣为原料,借助固定床装置和双流化床装置,分别开展其热解特性和双流化床解耦燃烧近实际工况模拟研究。具体地,首先在固定床反应器中考察糠醛渣在不同温度下的热解产物分布,继而借助双流化床反应器考察了热解在线挥发产物对热解半焦同步燃烧烟气中NO_x的还原效果。结果表明：在500~700℃热解温度区间内,随温度的升高,半焦产率逐渐减少,从45.2%下降到39.8%;气体产率呈明显上升趋势,从12.4%上升到22.5%,CO、CH₄、H₂等还原性组分产率增加显著;焦油产率略有降低,从15.9%降低到12.9%;水分产率变化不大。双流化床解耦燃烧实验中,糠醛渣热解挥发产物对热解半焦同步燃烧所产烟气控氮效果良好,热解挥发产物对半焦燃烧烟气NO_x减排效果主要受热解温度、二次风占比影响,总过量空气系数ER=1.3,热解温度600℃、二次风过量空气系数ER₂=0.5时,糠醛渣热解挥发产物对相同热解条件下生成的半焦燃烧（900℃,过量空气系数ER₁=0.8）所产烟气原位控氮效果达到最优,NO_x减排率为54.80%。这表明,可通过控制热解挥发分产物产率、氧化程度,充分发挥挥发分的NO_x还原能力,从而明显改善解耦燃烧原位控氮效果。     

水热处理对褐煤热解焦油自由基的影响

采用高压反应釜对内蒙古褐煤(IML)进行了不同温度的水热处理,并利用电子顺磁共振(EPR)波谱仪考察了水热处理对褐煤热解焦油中自由基的影响.结果表明,经过水热处理后,煤热解焦油中自由基的含量明显降低,在处理温度为260℃时达到最小值,自由基含量降低了66.67%;随着处理温度的升高,焦油的g因子值不断减小,峰宽增加,但在300℃时峰宽低于原煤焦油的峰宽.结合气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对焦油的组分进行了测定,结果显示,经过水热处理后,焦油中酚类物质减少,单环芳烃的质量分数由15.10%上升至18.24%,多环芳烃的质量分数由12.79%上升至13.95%.通过在一定的保存时间内(40d)持续对焦油中自由基含量的分析,发现经过水热处理后的热解焦油中,自由基的含量在保存过程中增加的趋势较原煤焦油缓慢,并且更早趋于稳定.     

污水处理工艺对污泥热解半焦热解特性的影响

通过在升温速率10℃/min和氮气氛围下的热重实验,对来自3个污水处理厂的5种污泥在450℃下热解制得半焦的热解特性进行了研究。结果表明,5种半焦的热解过程均为水分析出、缓慢失重、挥发分析出和残余物分解4个阶段。污水处理工艺中的厌氧过程和污泥厌氧消化使半焦中的有机物复杂化;污泥厌氧消化改善了半焦的热解性能,污水处理工艺中的"厌氧+好氧"和"好氧+厌氧"过程则降低了半焦的热解性能,其中"好氧+厌氧"过程对半焦热解性能的影响异于其对污泥热解性能的影响;半焦热解时的第三阶段与污泥的第四阶段相对应,但并非是简单的对应。利用Coats-Redfern法对5种半焦热解机理的研究结果表明,5种半焦的机理函数彼此不完全相同,但半焦热解活化能均低于污泥的。     

温度对水葫芦热解特性的影响

水葫芦是一种水体污染物,其蕴藏着大量的能量。为了使水葫芦变废为宝,解决环境污染的同时,提供一定的能源补给,在热重分析的基础上,采用固定床,借助GC、GC-MS、XRD和SEM等技术手段,研究不同热解温度段水葫芦热解后的气、液、固三相产物的特性。结果表明,低温热解温度段275～375 ℃生成的生物油不仅产率增加较大,而且生物油酸类较少、酯类较多,热值较高,品质明显优于高温热解温度段450～550 ℃生成的生物油;但高温热解温度段450～550 ℃下,明显有利于气体产物中高热值气体H2和CO的生成,生物质炭的结构孔径较大,晶体相态更加稳固,可见热解温度对三相产物的影响很大。     

物质对油砂热解特性的影响

油砂的开采和提炼是解决当前能源紧缺的重要途径。采用X射线衍射技术（XRD）和热重分析仪（TGA）分别对油砂酸洗前后样品的矿物质组分及其热解特性进行了研究,结果表明：油砂内在矿物质主要为方解石、石英、黄铁矿和黏土矿物等。经HCl/HF酸洗后,能够脱除油砂大部分内在矿物质组分;油砂热解过程可分为两个阶段,即脱水阶段和热裂解阶段;采用Coast-Redfern积分法求解出了油砂热解过程主要阶段的动力学参数活化能和指前因子,发现酸洗后油砂样品的活化能有着不同程度的增加。研究结果为油砂的工业化提供了一定的理论基础。     

挥发分-半焦交互反应对生物质热解半焦特性的影响

挥发分-半焦交互作用是生物质热化学利用过程普遍存在的现象。为了解析交互反应对生物质热解半焦特性的影响,利用一阶固定床/流化床反应器及快速热裂解仪进行实验。针对挥发分-半焦交互反应,对碱金属和碱土金属（AAEM）元素的析出特性展开了研究,同时分析了交互反应对生物质热解半焦反应活性的影响。结果表明在700~900℃范围内,交互反应的存在使得热解成焦率较无交互反应下有所提高。热解过程中交互反应导致了单价K元素析出量增加,对二价Ca/Mg元素的析出影响较小。挥发分-半焦交互反应的存在使得半焦反应活性对温度的敏感度降低,随温度的升高其反应速率的下降幅度变缓。     

催化剂对煤热解特性的影响

从煤热解机理出发,论述了煤热解催化剂的分类及其催化机理,详细阐述了不同催化剂对煤热解产物的影响,指出了催化剂研究的热点是廉价铁基催化剂和负载类催化剂,并从催化剂的制备、反应气氛、热解工艺3方面对催化效果的影响进行了分析。     

挥发分-半焦交互反应对生物质热解半焦特性的影响

挥发分-半焦交互作用是生物质热化学利用过程普遍存在的现象。为了解析交互反应对生物质热解半焦特性的影响,利用一阶固定床/流化床反应器及快速热裂解仪进行实验。针对挥发分-半焦交互反应,对碱金属和碱土金属(AAEM)元素的析出特性展开了研究,同时分析了交互反应对生物质热解半焦反应活性的影响。结果表明在700~900℃范围内,交互反应的存在使得热解成焦率较无交互反应下有所提高。热解过程中交互反应导致了单价K元素析出量增加,对二价Ca/Mg元素的析出影响较小。挥发分-半焦交互反应的存在使得半焦反应活性对温度的敏感度降低,随温度的升高其反应速率的下降幅度变缓。     

预处理对麦秸热解特性的影响及其动力学分析

用热重法分析研究了不同预处理方法(水洗、酸洗、碱处理、微波、超声处理)对麦秸热解过程的影响。结果表明:水洗和酸洗都能够提高热解产物中挥发分的含量;碱处理可以使麦秸热解起始温度和最大热解速率向低温区域移动,并能够明显降低最大热解速率;超声处理可以提高最大热解速率。用单一升温速率法对热解获得的热重-热重微分(TG-DTG)数据进行动力学分析得到了经预处理后,麦秸热解机理发生改变,活化能有所降低,其中氢氧化钠的作用最为明显,将热解活化能从151.44kJ/mol降至84.09kJ/mol。     

温度和停留时间对煤热解挥发分二次反应的影响

在两段固定床反应器中考察了温度和停留时间对煤热解挥发分二次反应产物分布的影响. 结果表明,温度和停留时间对二次反应的影响相互关联. 温度≤600℃、停留时间小于2 s时,挥发分基本不发生气相二次反应. 随温度升高和停留时间延长,挥发分二次反应加剧,焦油产率下降,气体产率和积碳产率增加. 温度低于700℃时,焦油主要转化为气体产物,气相二次反应由二次裂解反应控制;高于700℃时,焦油转化为气体和积碳,气相二次反应由裂解反应和结焦反应共同控制. 提高二次反应温度和延长停留时间,热解气中的H2, CH4和CO产率增加,CO2产率减少,焦油中杂原子化合物及其中的酚、甲酚和二甲酚产率降低,大于3环的重质多环芳烃(PAHs)产率增加,H/C和O/C原子比降低,特别是在900℃时,随停留时间延长,H2和重质PAHs产率快速增加.     

蒙脱石对油页岩干酪根热解特性的影响

选取中国桦甸、抚顺、窑街3个地区油页岩,酸洗得到各干酪根样品。应用TG-FTIR技术对不同升温速率下各干酪根与蒙脱石共热解行为进行了研究,并利用Coats-Redfem积分法对升温速率为10℃/min下的干酪根掺混样品进行热解反应动力学分析,获得了蒙脱石对干酪根热解产物析出规律的影响及热解过程的活化能(E)和指前因子(A).结果表明,随着蒙脱石掺混比例增大,桦甸和抚顺干酪根热解失重率先升高后降低;在热解过程中,440℃前干酪根与蒙脱石掺混样品的热解失重率较干酪根单独热解低,而440℃后其热解失重率较干酪根热解有所提高;蒙脱石掺混比例增大使得各干酪根热解产物中CH₃/CH₂值有所增加;有蒙脱石掺混的干酪根热解活化能相比干酪根热解活化能有所降低。表明蒙脱石对油页岩干酪根热解具有物理吸附和裂解催化两种作用,且随着热解过程的加深和蒙脱石配比的改变而不同。最后,对升温速率为10℃/min的样品进行了热解反应动力学分析,进一步探讨了蒙脱石对干酪根的热解影响机理。     

升温速率对油页岩热解特性的影响

采用热分析方法,在非等温条件下对茂名和桦甸的油页岩进行了热解试验研究。研究了从常温到900℃之间不同升温速率(10,20,40,50,100℃/m in)对油页岩热分解反应的影响以及油页岩的H/C,O/C,Cdaf,Vdaf等因素与(dw/dt)m ax之间的关系。根据试验数据建立了热解动力学模型,利用积分法求得表观活化能和频率因子等动力学参数。试验结果表明,油页岩热解可分为3个阶段,其中第2阶段(200—600℃)是热解反应最激烈的区域,挥发份几乎全部析出。而第3阶段是碳酸盐热解阶段,茂名油页岩由于碳酸盐含量低,此阶段变化甚微。     

温度对油页岩快速热解特性的影响

采用喷动载流床快速热解装置,研究桦甸大城子4层油页岩的低温快速热解特性.采用改变气速的方法使不同热解温度下气体的停留时间一致,探讨不同热解温度对油页岩热解的气、液、固三相产物的产率、组成以及三者之间相互关系的影响,确定了在以获得液体燃料为主要目的时,530℃为桦甸大城子4层油页岩低温快速热解的最适宜温度.     

页岩灰对油页岩热解特性的影响

以吉林桦甸-公郎头四层油页岩为原料,以掺混SiO2的油页岩为对比样品,利用热重-红外联用仪考察了页岩灰对油页岩热解特性的影响,通过分析热解固相产物组成变化对热解失重及产物析出规律进行了研究. 结果表明,页岩灰对油页岩中的有机质和矿物质失重过程均有促进作用,当页岩灰或SiO2含量为83%时,在300~600, 600~750, 750~900℃三个加热温度区间内,掺混页岩灰样品比掺混SiO2样品的失重率分别提高1.92%, 3.39%和18.99%. 低温段有机质热解过程中CO2先于脂肪烃热解析出,且750℃后CO2析出峰仅出现在掺混页岩灰的样品中,应为油页岩中难分解的碳酸盐在页岩灰作用下加速分解及页岩灰中CaSO4与残炭反应共同作用所致.