K_2CO_3对秸秆类生物质热解气相产物析出特性及动力学研究

生物质由纤维素、半纤维素和木质素3种主要成分组成,碱金属盐对三组分热解起到不同的催化作用。利用微型流化床反应器研究在550～750℃下K_2CO_3对玉米秸秆及其三组分热解气体析出特性的影响,并采用等温模型积分法获得气体组分的动力学参数。结果表明:在三组分催化热解过程中,K_2CO_3的加入使低温时生成CO、CO_2的转化率加快,而高温时则使CO、CO_2的转化率减慢。此外,玉米秸秆的热解气体析出行为与三组分略有不同,说明三组分之间存在着交互作用,共同影响玉米秸秆整体热解行为。在等温动力学分析过程中发现K_2CO_3对玉米秸秆及三组分的不同气体的活化能影响并不一致,进而证实不同气体组分的生成机理不同。     

木质素热解气相产物释放特性实验研究EI北大核心CSCD

利用热重红外分析仪（TG-FTIR）对木质素进行热重分析及主要气相产物分析,结合红外光谱对木质素不同热解阶段生成的半焦进行研究。实验结果表明：木质素热解分为3个阶段,200℃以下为自由水挥发过程;200-550℃为主要热解阶段,此过程中木质素苯环周围的官能团发生断裂,析出部分气体产物及焦油产物;550-900℃过程中,苯环发生解链或芳香缩聚成碳。通过FTIR的研究发现,木质素热解过程中,析出的主要气体包括H2O、CO2、CO以及烃类产物CH4等,CO2析出存在2个温度区间低温段（250-450℃）和高温段（650-750℃）,而CO在高温段大量生成,CH4的析出主要集中在在300-600℃温度区间。     

基于热重红外联用的复合绝缘子芯棒热解特性研究

近年来我国交流500k V输电线路复合绝缘子异常发热故障时有发生,给输电线路安全运行带来隐患。为了研究复合绝缘子芯棒的受热分解机理,该文采用热重红外联用技术(TG-FTIR)和分布式活化能模型(DAEM)探讨不同升温速率下芯棒的热解过程及气体产出规律。结果表明:不同升温速率下的热重和微分热重曲线形状基本一致,且随着升温速率的增大,热解起始和终止温度均向高温侧移动;芯棒材料的热失重主要发生在270~620℃温度范围内,并分为两个阶段:第一阶段(270~470℃)样品的热失重主要由环氧树脂基体发生热分解所致,气体产物主要为醛类、酮类、酸类和CH4;第二阶段(470~620℃)样品的热失重则是由于环氧树脂基体热解生成的残渣进一步发生氧化反应所致,气体产物主要为H2O、CO2及CO等;芯棒热解过程中的表观活化能在104~524k J/mol范围内变化,并且活化能上升对应热解第一阶段,活化能下降对应热解第二阶段。研究结果可为进一步探讨芯棒材料的热老化机理提供理论参考。     

O_2/CO_2气氛下煤/生物质混燃特性实验研究

采用热重分析仪分别研究了不同煤种(烟煤、贫煤、无烟煤)与生物质(稻壳)的混燃特性,分析了燃烧气氛(O_2/CO_2、O_2/N_2)、生物质掺混比例、氧体积分数对煤与生物质混燃的着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性以及动力学特性的影响。结果表明:1)在O_2/CO_2与O_2/N_2气氛下,煤与生物质混燃的失重变化趋势相似;但在O_2/CO_2气氛下,煤与生物质混燃的失重速率和固定碳燃烧反应活化能均低于O_2/N_2气氛,综合燃烧特性较O_2/N_2气氛差;2)掺混生物质可以改善单煤的燃烧特性,相比于单煤,煤与生物质混燃的着火温度和燃尽温度降低,煤粉的燃烧特性有所改善;3)随着生物质掺混比例的增加,煤与生物质混燃特性进一步得到改善;4)氧体积分数提高,煤与生物质的混燃速率增大,其着火和燃尽温度降低,综合燃烧特性改善,但在煤的固定碳燃烧阶段,燃烧反应活化能和指前因子增大;5)在煤的固定碳最大燃烧速率对应温度附近,混合燃料反应活化能小于单煤燃烧反应活化能,随着生物质掺混比例的增加,混合燃料反应活化能进一步减小。     

CO_2气氛下煤/生物质混合热解过程氮转化特性实验

本文在卧式管式炉实验装置上进行了平凉煤、麦秆及其混合物料分别在CO_2和Ar气氛下700～900℃范围内的热解特性实验研究,获得CO_2气氛对热解过程氮元素迁移的影响以及煤/生物质混合热解过程中氮元素转化特性。实验发现:在高温时,CO_2气氛可使燃料发生气化反应,促进燃料中的氮元素析出进入挥发分中,降低半焦氮含量,并提高2种燃料的NH3及N2产率和麦秆的HCN产率;煤/生物质混合热解过程发生了协同作用,降低了HCN和NH3的产率,并提高了N2在700℃的产率。     

生物质热解氯的析出机制研究

以稻草为主要研究对象,以含氯生物质模化物为对照,通过管式炉、热重红外联用以及理论计算,对生物质中无机氯的热解析出机制进行探索。管式炉热解试验表明:低温下(200~600℃)稻草和模化物中的KCl可以与活性基团反应而析出HCl;灰成分对低温条件下氯析出的过程可能有催化促进作用;模化物中的氯在高温区(>600℃)主要以气态碱金属氯化物形式析出。TG-FTIR试验表明:稻草热解脱挥发分过程与HCl的析出之间存在直接的关联;管式炉稻草热解过程在较低温度条件下析出的Cl是HCl;在高温区,碱金属氯化物和灰成分SiO2之间未发生显著的化学反应。理论计算表明:生物质中的Cl是以碱金属氯化物形式存在的;碱金属氯化物在高温下(>700℃)主要以蒸汽态进入气相;碱金属氯化物与SiO2的反应在高温下(800~900℃)可以进行。     

稻草和玉米秆热解气体产物的释放特性及形成机理

采用管式反应器与傅里叶变换红外分析(FTIR)联用技术进行了生物质热解特性及主要气体产物释放规律的研究。结果表明,农业生物质热解的主要气体产物有H2O、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、HCOOH、CH3OH和酚类化合物等。热解过程中先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的C-C键、糖苷键、羰基、羧基、甲氧基和C-O-(C)等基团发生断裂和重整反应,生成CO,CO2、CH4和醇、酸、醛、酚类等物质;在炭化阶段,C-H键和C-O键进一步断裂和芳香化转化,析出CH4、CO2和CO等。在稻草和玉米秆热解过程中,H2O、CO2、CO和CH4有多个析出极值出现,并分别在309和335 ℃达到最大析出峰值。CO和CO2的释放主要集中在220~400 ℃,而CH4的释放主要在较高温度段275~400 ℃,比CO和CO2的析出温度高出55 ℃左右。在220~400 ℃,CO和H2O的释放特性相似。气体产物的释放规律揭示了有关生物质不同组分热行为的重要信息。     

煤泥热解产物析出特性热质联用实验研究

利用热重-质谱联用技术对煤泥热解特性进行研究,分析含水率和升温速率对煤泥热解产物析出现象的影响。结果表明:主要热解产物依次为CH4、HCN、CO2、C3H7+、C2H6、C3H5+,其析出温度均分布在350~650 ℃和650~900 ℃;含水率对热解产物的析出特性影响较小,CH4、HCN、C2H6与C3H5+析出强度峰值在500 ℃左右,CO2及C3H7+的析出强度峰值分别在500、700 ℃左右;升温速率对热解产物的析出特性影响较明显;随着升温速率提高,产物析出峰值均向高温区段移动,4种热解产物的析出强度均呈增大趋势。     

农药生产废渣燃烧/热解特性研究

在30 ℃/min升温速率下,利用热重分析方法对农药生产废渣热解和燃烧过程进行了分析,发现农药废渣燃烧过程可以分为两个阶段：150~400 ℃和400~600 ℃。在600 ℃时,农药废渣的燃烧反应程度已经达到了96%。农药废渣热解和燃烧过程的第1个失重阶段基本重合。利用Achar法求得了农药废渣燃烧和热解过程的反应机理函数,以及表观动力学参数。分析发现热解与燃烧第1阶段的反应机理函数相同。利用热重–傅里叶变换红外光谱分析对30 ℃/min升温速率下农药废渣热解和燃烧过程中的气体析出情况进行了分析,发现农药废渣热解过程中,有大量的SO2析出,SO2的析出集中在300~600 ℃区间内,在此区间内,还有少量的CO2和H2O析出,CO的析出主要在高温段发生。对燃烧条件下的FTIR分析表明,氧气的存在使得SO2的析出提前,农药废渣中的N在较低温度下以NH3的形式释放,而在热解条件下,农药废渣中的N的释放主要是高温区生成的HCN。     

油页岩化学结构CPD模型的改进

基于综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(TGFTIR),通过引入轻质气体组分官能团模型,改进油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(CPD)模型,实现其对油页岩热解中轻质气体组分析出过程的精确预测。通过TG-FTIR对甘肃窑街油页岩的热解特性进行研究,利用非线性最小二乘法求解轻质气体各组分的动力学参数,预测出其在加热速率为20℃/min的条件下的轻质气体各组分的析出过程。用CPD模型与改进后CPD模型模拟出20℃/min窑街油页岩的热解过程,对比其实际热解过程分析模型的可行性与合理性,再用后验差检验法分析结果的误差。结果表明:油页岩的脱挥发分过程主要分为3个阶段,300-600℃为主要热解阶段,3个阶段的失重率约为5%、16%、6%;各轻质气体析出的活化能E分布在188~249k J/mol之间,而指前因子A在109~1013s-1之间;改进后CPD模型的预测值与实验值相对误差较小,契合度较高,说明改进后CPD模型能够较精确对油页岩热解过程进行预测与模拟。     

CO_2气氛对烟煤热解过程的影响

采用热重–傅里叶红外联用的方法研究徐州烟煤在Ar、N2和CO2气氛下的热解特性,考察CO2气氛下反应终温和升温速率对其失重和气体析出特性的影响。结果表明,CO2气氛对煤热解的影响主要在高温区,表现为对煤中碳酸盐分解的抑制作用和对煤焦的气化作用。反应终温900℃时,CO2气氛下CH4和C2H6的析出量较Ar和N2气氛下小,而CO析出量较大。CO2气氛下反应终温由700℃上升到1000℃,CH4和C2H6的析出量略有升高,CO析出量显著升高;升温速率提高,CH4、C2H6和CO析出量降低。     

碳酸钙对煤热解特性影响的实验研究

为了分析CaCO_3对煤热解特性的影响,以脱灰后的神木煤为研究对象,采用管式炉热解装置,在500~800℃范围内,对添加CaCO_3质量分数分别为0%,2%,5%,10%的煤样的热解产物产率和气体成分组成进行了实验研究。结果表明:CaCO_3会与煤中的羧基发生反应,Ca作为大分子基团的交联点,会固定一部分大分子碎片,从而明显增加半焦产率并降低焦油产率,同时,CaCO_3还会明显改变热解气体成分,并且在低温区和高温区影响不同。在500~600℃时,CaCO_3会促进CH4,CO_2和轻质烃类气体C_2-C_3的析出,但对CO基本无影响;在700~800℃时,CaCO_3分解产生的CaO_对H_2,CH_4和轻质烃类气体C2-C3的产率的促进作用与CO_2对它们的抑制作用相互竞争,CO_2浓度升高促进了半焦气化反应,会明显增加CO的产率。     

神府煤加压热解特性及热解动力学分析

煤的加压气化是煤清洁利用的关键,作为气化反应的初始阶段,煤热解特性对煤气化过程有着重要的意义.为了深入了解煤的加压热解机制,该文采用加压热重分析仪研究了我国的一种典型烟煤--神府煤在不同压力下的热解失重特性,采用挥发分释放综合特性指数(D)与非等温法,结合不同的扩散机制函数分析了神府煤加压热解动力学机制.研究发现神府煤的热解主要包括煤样的干燥脱水、挥发分的析出以及大分子焦油的二次裂解;加压对神府煤的热解过程有明显的影响,热解压力小范围的升高(＜0.8MPa)有利于挥发分的析出,然而过高的压力不利于挥发分的快速析出,挥发分释放综合特性指数可很好地表征神府煤加压热解过程中挥发分的析出特性.热动力学分析表明,三维球扩散模型比较适合神府煤的加压热解机制,低温段活化能随热解压力增大先增大后减小,但明显高于高温段热解活化能.     

CO_2/N_2气氛下成型松木屑热解制备成型生物质炭的实验研究

在水平固定管式炉上进行了不同浓度CO_2/N_2气氛下成型松木屑制备成型生物质炭的实验,考察CO_2在成型松木屑热解过程中参与反应的转化率以及CO_2对气液固三相产物产量和生物质炭特性的影响。通过对成型生物质炭的成型密度、孔隙结构、官能团、高位热值和元素含量的分析,确定了CO_2对成型松木屑热解过程的影响机制、最佳气化CO_2浓度以及最佳热解温度。结果表明:CO_2的引入不仅促进羟基、甲基、亚甲基等脱落和芳环结构的开裂,进而促进了成型生物质热解,而且还促进了焦油的裂解和挥发分的析出,提升了H_2、CH_4、CO的产量,同时也降低了成型炭的密度和增大成型炭的BET比表面积。最佳CO_2浓度以及最佳热解温度分别为10%和600℃,此时引入CO_2参与反应的转化率达到最大值74.9%。     

煤灰在流化床热解过程中对硫迁移特性影响

在小型鼓泡流化床装置上研究了煤灰对热解过程中硫迁移和转化特性的影响规律。实验结果表明:以小龙潭煤为原料的热解过程中,添加煤灰抑制了H_2S和COS的析出,这主要归因于煤灰中的Fe_2O_3与煤气中的H_2S和COS发生了固硫反应;高温下(≥700℃),煤灰显著促进了SO_2的析出,这是由于高温下煤气中的还原性气体与煤灰中的硫酸钙发生还原反应生成了大量的SO_2;煤灰在低温阶段(≤700℃)促进了CH3SH的分解,从而减少了CH_3SH的析出量;煤灰的存在通过削弱H_2S和半焦的相互作用减少了有机硫的生成量,进而减少了半焦的有机硫含量。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性实验研究

利用沉降炉实验台分别在O_2/N_2气氛和O_2/CO_2气氛下针对煤粉燃烧过程中NO排放量进行实验,研究了CO_2浓度、温度以及过量空气系数分别对单煤与混煤燃烧NO排放特性的影响,结果表明:相比于O_2/N_2燃烧气氛,煤粉在O_2/CO_2气氛下燃烧释放的NO含量更低,其降低量约为30%~35%;在CO_2浓度由20%变化到50%的过程中,所选煤种NO生成量逐渐下降,其变化幅度不大;随着煤粉燃烧温度的不断升高,所选煤种在2种气氛下燃烧生成的NO含量均有增长且在O_2/N_2气氛下NO排放浓度增加更为明显,当温度达到1 200℃和1 500℃这2个温度点时可以发现NO排放浓度曲线斜率变化很大;随着实验过程中过量空气系数α的增加,在这2种气氛下NO的生成量同样呈现出上升的趋势。     

CO_2气氛影响烟煤流化床热解特性的实验研究

为了考察不同浓度的CO_2气氛对煤热解特性的影响,该文以陕西榆林烟煤为研究对象,在小型鼓泡流化床上开展实验研究。考察了CO_2气氛浓度对半焦、焦油、热解水和热解气体产物产率的影响。另外以600℃为例,考察了CO_2气氛对焦油组分、半焦表面官能团、半焦孔隙结构、元素组成和燃烧特性的影响。各温度下,热解产物半焦产率随CO_2浓度的提高而降低,在较高温度下(700和800℃)降低作用更明显。当CO_2浓度较低(10%)时,焦油产率受其影响不大,继续提高CO_2浓度时焦油产率有所提高而热解水产率受CO_2浓度的影响较小。热解气中CH_4产率随CO_2浓度的提高而提高,CO产率受CO_2浓度影响在800℃下最为明显。CO_2浓度越高H_2产率越低,C2~C3气体产率越高。提高CO_2浓度能减少焦油中重质组分相对含量,增加酚类的相对含量。半焦表面官能团中,CO_2浓度的提高抑制了羰基分解成CO_2,—OH伸缩特征峰随CO_2浓度的提高而减弱。半焦热重燃烧特性实验表明,随着CO_2浓度的提高,半焦的着火温度、最大燃烧速率对应温度以及燃尽温度都有所降低,而较高浓度(40%)下这一作用有所减弱。     

Fe_2O_3添加剂对宝日希勒褐煤热解特性的影响

为研究Fe_2O_3添加剂对宝日希勒煤(属典型低阶褐煤)热解特性的影响,借助热天平研究其热解失重规律的同时,联用快速裂解仪—气相色谱进行了宝日希勒煤快速热解实验,得到了快速热解气氛中4种主要气体成分(H_2、CO、CO_2和CH_4)的产量随Fe_2O_3添加量的变化规律。结果表明:1000℃终温下未添加Fe_2O_3时转换率仅低至39.5%,适量添加Fe_2O_3对其热解起促进作用,即加入3.5% Fe_2O_3后转换率最大可提高至47.9%(相对提高21.3%);动力学分析结果表明加入Fe_2O_3可以降低热解过程的表观活化能;添加Fe_2O_3后单位质量煤中H_2、CO、CO_2和CH_4的产量均上升,但幅度不一。     

热解温度对煤泥焦燃烧及产物析出特性影响

采用热重-质谱联用系统对不同热解温度所制煤泥焦进行燃烧实验,研究了热解温度对煤泥焦的燃烧特性及NH_3、NO、SO_2、CO_2析出特性的影响,并运用C-R法计算煤泥焦的活化能及指前因子。结果表明:热解温度对煤泥焦的燃烧特性影响较大,可燃性指数、燃烧稳定性指数、综合燃烧指数均随热解温度升高而减小;热解温度对NH_3、NO、SO_2、CO_2的析出特性有一定影响,其析出相对累积量均随热解温度升高而降低;煤泥焦活化能随着热解温度升高明显提高,而且煤泥焦燃烧存在动力学补偿效应。     

煤热解过程中硫的释放与转化研究

H_2S气体是引起锅炉水冷壁高温腐蚀的主要原因,而热解阶段是H_2S等污染物形成的最主要阶段,充分认识煤粉热解过程中硫析出特性,有助于降低煤粉热转化过程中产生的硫污染和减少高温腐蚀。利用沉降炉实验台对4种不同煤种进行了快速升温热解,并对热解后的焦样进行硫分析,结果表明,热解过程中硫元素的析出量随温度的升高而增多;黄铁矿硫比有机硫析出的更快且析出温度也更低,且煤粉中的黄铁矿硫在900℃之前就已经分解完全。利用计算机数值计算软件建立了高升温速率下的煤热解过程中硫元素的析出与转化的预测模型。并且通过将模型模拟结果与实验得到的结果相对比证明了模型的可用性。