基于分布式活化能模型的污泥热解特性研究

文中通过非等温热重实验,并利用分布式活化能模型,对污泥热解特性与动力学参数随热解温度及升温速率的变化规律进行分析。实验结果表明:污泥热解过程主要分为脱水(室温~205℃)、脱挥发分(205~550℃)及碳类无机物热分解(550~800℃)3个阶段,并随升温速率升高(15、20、50℃/min),挥发分失重速率增大,且热解特征值向高温侧移动;模型计算结果表明:污泥热解活化能分布在70~180 k J/mol之间,随转化率升高,活化能与指前因子均呈先增加再降低的趋势,二者存在一定的补偿效应。     

废弃柞木段热解特性及其反应动力学研究

以废弃柞木段为研究对象,进行了不同升温速率(5,15,25℃/min)下的热解失重实验以及TG和DTG曲线分析,采用分布活化能模型(DAEM)和一级反应模型研究其反应动力学特性。结果表明,脱水干燥的废弃柞木段热解过程主要分为过渡、挥发分析出和碳化3个阶段,随着升温速率的提高,DTG曲线有向高温侧移动的趋势,不同升温速率下的最大热解速率所对应的温度在360~380℃;采用DAEM得到的主热解阶段活化能为210~260 k J/mol,一级反应模型得到的主热解阶段活化能约为62 k J/mol,两种模型都能够较好地描述废弃柞木段主热解阶段,而DAEM模型更为全面。     

两种玉米秸秆热解过程动力学模型的比较

介绍了生物质热解的简单一级动力学模型和分布活化能模型,并利用这两种模型分别对玉米秸秆在15、25、30K/min升温速率下的热重分析数据进行了研究。利用简单一级动力学模型计算的活化能数值在7～54kJ/mol之间,指前因子在2.8×10~4～3.3×10~4min~(-1)之间;利用分布式活化能模型计算的活化能数值在65～80kJ/mol之间,指前因子在1.9×10~5～3.0×10~5min~(-1)之间。同时,分析了产生上述差异的原因,并通过研究分布活化能模型的计算结果得出分布活化能模型更能反映生物质热解动力学过程的结论。     

制药污泥的热解特性及动力学研究

采用差热-热重分析法对不同反应条件下的制药污泥热解特性及动力学规律展开研究。结果表明:制药污泥的热解过程经历失水、有机物分解和碳化3个阶段;制药污泥在不同升温速率(5、10和20℃/min)下的TG(热重分析)和DTG(TG的一次微分)曲线的趋势大致相同,但是随着升温速率的增加,TG和DTG曲线向高温区移动。通过FLynnWall-Ozawa法和atava-esták法对污泥主要反应阶段进行热解动力学分析,得出当转化率为0.9时,活化能最大为150.75 kJ/mol;当转化率为0.6时,活化能最小为68.93 k J/mol;污泥的热解反应在280~360℃时的活化能为85.67kJ/mol,最概然机理函数为[-ln(1-α)]~3;在640~700℃时的活化能150.42 kJ/mol,最概然机理函数为(1-α)~(-1)-1。     

热重-红外联用技术分析桉树热解动力学及挥发产物对结渣影响研究

基于热重-红外联用技术(TG-DTG-FTIR),研究升温速率为10、30、60℃/min下桉树的热解动力学活化能E及挥发分产物吸收带和特征峰。实验结果表明:桉树热解过程可分为水分挥发阶段(0~265℃)、挥发分析出阶段(265~605℃)、炭化阶段(605~700℃),共3个阶段,并且随着升温速率的增大热解最大速率增大,起始热解温度(T_(in))、终止热解温度(T_h)和最大峰值温度(T_(max))的热解曲线均向高温处稍微移动。在不知反应机理函数的情况下,利用Flynn-Wall-Ozawa法在转化率α∈[0.2,0.8]下计算桉树的热解动力学活化能E值,结果在33.25~60.12 k J/mol之间,与Coats-Redfern法求解的结果相近。利用FTIR谱图分析各热解阶段的产物,同时验证与之相应的TG-DTG曲线。     

城市污泥耦合锯末共热解特性及动力学分析

为实现城市污水污泥与锯末共热解的工业应用,利用热重分析仪对污泥耦合锯末共热解过程进行了实验与理论研究,揭示了锯末添加比例、升温速率对污泥热解特性的影响,并基于Coats-Redfern法,结合20种常见固体热解机理函数确定了污泥耦合锯末共热解过程最优热解动力学模型。结果表明:锯末相比污泥具有更低的表观活化能,最大失重速率是污泥的4倍;锯末的添加使得热重分析(TG)曲线向下偏移,最大失重速率明显增大,挥发份析出特性变强;随着升温速率的增大,固态残渣增加,最大失重速率减小,不利于热解反应的进行;按7∶3比例混合的污泥锯末耦合热解微分热重分析(DTG)曲线峰前(230~350℃)表观活化能为38.81 k J/mol,最优动力学模型为D_5-3D扩散模型;峰后(350~500℃)表观活化能为29.93 k J/mol,最优动力学模型为C~2-化学反应模型。     

水华蓝藻热解特性及热解动力学研究

采用热重分析研究了水华蓝藻在不同升温速率(5,10,15,20℃/min)下的热解特性。通过等转化率法计算了蓝藻热解的反应活化能,并利用主曲线法判断得出其热解动力学机理函数。结果表明:蓝藻主要的热解阶段发生在170~530℃,随着升温速率提高,最大失重速率升高,而最大失重峰向高温缓慢偏移。当转化率为0.2~0.7时,反应活化能基本保持不变(平均值为169.71 kJ/mol),说明此阶段热解过程能够用单一的机理模型描述。当n=5.3时,实验曲线与标准曲线拟合的线性相关系数R2=1,说明热解反应级数为5.3,计算得到指前因子为7.24×1021s-1,热解反应可以表示为da/dt=3.62×1020exp(-169.71/RT)·(1-α)5.3。     

Klason法木质素慢速热解特性及其动力学机理研究

运用Klason法从4种不同生物质中制备木质素,采用元素及红外分析对不同木质素的化学结构进行表征,运用TG-FTIR研究不同来源木质素慢速热解特性的影响,发现不同来源的木质素热解过程表现为两个主要失重阶段,对应芳香族类化合物的析出与小分子气体的析出过程;其中枫木木质素的热解活性较高,可在较低的温度点(378℃)达到失重最大速率,这与其含有丰富的甲氧基结构有关。在实验分析的基础上建立分阶段反应动力学模型,计算其在不同热解阶段的动力学参数,发现第一阶段活化能主要在19.95~33.66 k J/mol之间,热解第二阶段的活化能在34.82~48.99 k J/mol之间。     

猪粪热解特性及其动力学研究

在程序控温热重分析仪上进行了不同升温速率(10,20,30,50℃/min)的猪粪热解失重试验,获得了猪粪热解特性参数;采用分布活化能模型(DAEM)进行动力学分析,计算得到整个热解过程的活化能和频率因子的分布规律。结果表明,猪粪热解过程呈现失水干燥段、热解过渡段、挥发分析出段和碳化段,升温速率对猪粪的热解有一定的影响,表现为随升温速率的升高,DTG曲线向高温侧移动;动力学分析表明,猪粪热解活化能在52~113 kJ/mol变化,低于锯末、稻壳、稻秆、椰壳热解的活化能,说明猪粪较其他生物质易受热分解;同时猪粪热解的活化能和频率因子之间存在动力学补偿关系,但整个热解过程中这种补偿关系呈分段趋势。     

核桃壳热解特性及几种动力学模型结果比较

利用热重分析在不同升温速率和氮气气氛下对核桃壳的热失重行为进行研究.根据热重实验数据,采用4种热分析动力学方法(Coats-Redfern法、Doyle法、Ozawa法和DAEM模型),计算核桃壳热解反应活化能E、反应级数n及频率因子A,并进行比较.结果表明:采用不同的动力学分析处理方法,得出的热解动力学参数不同.利用Coats-Redfem法,核桃壳在热解主要阶段(失重10％ ～95％)可由一段一级反应过程描述,升温速率20K/min时活化能为55.37k J/mol.Doyle法和DAEM模型得到的结果较为接近,Ozawa法求得的活化能值最高.核桃壳热解包含分子键能断裂的一系列复杂、连续反应过程,并获得核桃壳的热解反应活化能随失重率的变化曲线.