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。     

利用分布活化能模型研究木材的热解和燃烧机理

在热天平上考察了三种木材在不同气氛和升温速率下的热解行为,并利用分布活化能模型研究了三种木材的热解动力学.结果表明:在空气气氛下,热失重分为三个阶段,失重率为500/~6000/时,三种木材的活化能值都在110~250 kJ/mol,且非单调增加;在氮气气氛下,热失重分两个阶段,失重率在1000/~8500/时,三种木材的活化能值都在165~230 kJ/mol,且呈“W”形变化.活化能的分布函数,反映了木材在热解、气化、燃烧过程中不同阶段的反应活性变化规律,有助于了解木材的热解和燃烧机理.     

煤热解动力学的单一反应模型和分布活化能模型比较

利用程序升温热重技术研究了宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的失重过程,比较分析了单一反应模型和DAEM对其动力学分析的适应性。单一反应模型仅需一条失重曲线就可以获得动力学参数,但一般需要对失重曲线进行分段处理,且只能得到某一温度范围内活化能的平均值。Miura积分法可以在DAEM的应用中不需事先假设活化能分布的形式和频率因子为定值,由至少3条不同升温速率下的失重曲线直接得到煤热解的活化能分布和频率因子的值。Miura积分法的结果表明,宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的活化能随着失重率的升高而增大,活化能分布于250～400kJ/mol的区间。频率因子先随活化能的升高而增大,而当活化能大于300kJ/mol时,频率因子趋于水平。DAEM能描述非等温热解自低温到高温的全过程,对煤种和升温速率变化有宽广的适应性。     

城市污水污泥热解特性实验研究

为了获得南昌市青山湖污水处理厂污泥的热解特性,采用差热天平对污泥进行热重分析实验,获得了不同加热速率下污泥的TG-DTG曲线。根据实验结果对干燥污泥热解过程进行了分析,并对实验数据进行了处理。利用微分法确定了热解机理并求出反应动力学参数——频率因子A、活化能E。     

稻壳在流化床中的热解模型

本文通过稻壳在一个小型热解流化床实验台的实验，研究了稻壳的热解动力学，得到一个简单的一个级反应动力学模型，坟得了总气体及各个气体分的活化能与频率因子。     

分布活化能模型在垃圾热解/气化动力学研究中的应用

采用热重分析仪,对我国城市生活垃圾典型有机混合物(MMSW)的热解和气化特性进行了研究,并用分布活化能模型对TG-DTG曲线进行了动力学分析.试验表明:MMSW失重过程分为厨余中淀粉热解、厨余中脂肪分解、纸类纤维素热解和聚乙烯分解4个过程,并存在3种有机组分的相互作用;在相同失重率下,气化反应活化能值高于热解反应活化能值;整个反应过程中,热解反应活化能分布较窄,而气化反应活化能分布在相对较宽的范围内.     

市政污泥与木屑共热解特性及动力学分析

采用热重分析法对市政污泥、木屑及其不同比例的混合样品热解特性进行了分析,研究了升温速率和混合比例对热解过程的影响。对污泥和木屑进行单独热解时,木屑比污泥的反应活性更高;随着升温速率的增大,二者的挥发分析出指数D均有增大,但升温速率对污泥挥发分析出的影响更大;污泥与木屑共热解改善了污泥热解过程的综合热解释放特性,有利于热解反应的进行;随木屑添加比例的增加D值呈指数增长,在木屑添加比例为80%时,D达到最大值118.18×10-8,但仍低于理论值141.67×10-8,说明存在竞争作用。文章采用FWO(Flynn-Wall-Ozawa)和Starink方法,分别计算木屑添加比例为80%的共热解表观活化能。当转化程度α为0.1～0.8时活化能变化较小,α为0.9时活化能分别突增到761.64,786.12 kJ/mol。这说明共热解过程可分为150～520℃和520～1 000℃两个温度阶段,与污泥单独热解相比,降低了转化率达到90%时的终温。     

城市污水污泥的热解动力学特性研究

采用差示热天平获得上海程桥污水处理厂污泥的TG、DTG曲线，对干燥污泥的热解行为及其动力学规律采用热重分析法进行了研究。实验结果表明：干燥污泥的热解过程中有2个失重速率比较高的区域，这2个区域以挥发分的析出为主。通过热重分析法，求解了这2个区域的化学反应动力学参数——频率因子A和活化能E，对其反应机理进行了分析。     

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。     

污泥与木屑共热解特性研究

文章采用污泥、木屑为原料,在氮气气氛下进行热重实验,研究了升温速率和木屑添加量对污泥与木屑共热解特性的影响规律,并进行动力学分析。研究结果表明:随着升温速率的增加,样品挥发分析出阶段向高温方向移动,最大失重速率增加;随着木屑添加量的增加,样品总失重量及最大失重速率均显著增加。动力学分析认为:污泥热解的反应机理为三维扩散,机理函数为Z-L-T函数;污泥与木屑共热解的反应机理为成核和生长,机理函数为Avrami-Erofeev函数。污泥热解活化能为287.29～390.57 kJ/mol,污泥与木屑共热解活化能为170.16～277.05 kJ/mol,木屑的加入降低了污泥的热解活化能。     

污水污泥热解过程的能量平衡与反应热分析

依据能量守恒定律,通过分析污水污泥热解过程的能量利用、耗散和回收情况,提出了污泥热解制取三相产物处理系统的能量平衡模型,分析计算了污泥热解反应热,并利用回收率和耗能比对热解处理系统的耗能状况进行了评价.结果表明:能量利用过程中总存在能源的耗散,减少能耗的主要方式是尽可能提高产物的能值、降低热消耗和废弃的能量;在不同的热解工况下,热量损失的差别明显,热解停留时间长、升温速率慢、热解温度高均会导致输入能量和热损失增大;能耗评价也验证了热解技术能够回收更多的能量,可以获得更大的能耗比.     

污泥热解油的燃烧特性及动力学模型

利用热重分析(TG)对污泥热解油的燃烧特性进行了研究,污泥热解油的燃烧过程分为两个阶段.第1阶段为轻质有机物挥发后与氧发生均相燃烧,第2阶段为难挥发有机物与氧发生非均相燃烧,其中第1阶段燃烧反应是其失重的主要原因.分析了升温速率对燃烧特性的影响,发现增大升温速率有利于燃烧.对燃烧过程中烟气的排放规律进行了红外分析(FTIR),从另一角度印证了热重分析的结果.根据热重曲线建立动力学模型,分别对不同升温速率下燃烧过程的两个阶段进行动力学参数计算.活化能的变化趋势再次表明提高升温速率有利于污泥热解油的燃烧.     

部分气化煤焦燃烧动力学的活化能分布模型研究

运用两段DAEM模型分析了部分气化煤焦的燃烧动力学．结果表明，两段DAEM模型能准确地描述部分气化煤焦的燃烧行为这是因为部分气化煤焦随着气化率的增加，其燃烧曲线的二次峰越来越显著，而两段DAEM模型正好从理论上考虑了部分气化煤焦燃烧曲线的二次峰特性．同时由两段DAEM模型计算结果发现，随着3种煤焦气化率的增加，其活化能与指前因子增加，代表易反应物质量m的减小，这说明了实验与理论结果一致，随着气化反应的进行，难反应物质的比例增加．     

神华煤液化残渣的热解特性

在TGA/SDTA851热重分析仪上,以N_2为载气,在气体流速为20 mL/min,升温速率分别为20℃/min、40℃/min、60℃/min和80℃/min,终温1100℃的条件下,进行了煤液化残渣的热解特性研究实验,得到了不同升温速率下神华煤液化残渣热解的TG和DTG曲线,表明神华煤液化残渣的热解是分两步进行的．在低温段主要是神华煤液化残渣中挥发性的气体溢出引起热解失重,在低温度段180～450℃,挥发分迅速释放;高温段则主要是一些高分子有机质的热解过程．此外,研究了粒径对热解特性的影响．研究发现,随着粒径的增加,残渣的最大挥发分释放速率逐渐减小,而最大挥发分释放速率对应的温度逐渐增加．利用Freeman-Carroll法得到煤液化残渣的动力学参数,为煤液化残渣的有效和经济利用提供理论依据．     

污水污泥在流化床中快速热解制油

采用流化床污泥热解制油系统,在300～600℃进行污泥快速热解试验,研究了污泥在不同热解温度下的热解特性.结果表明,随着反应温度的提高,残炭的产率减少,不凝结气体产率增加,热解油产率在300～500℃以下随着反应温度的升高逐渐增加,在500℃时达到最大值46.31%,随后逐渐减少;不凝结气体主要由CO_2、CO、H_2、CH_4、C2H_4、C2H_6、C_3H_6和C_3H_8等组成,各成分随反应温度的升高呈规律性变化;通过GC-MS联用分析技术,对热解油中的29种含量(峰面积百分比)大于1%的成分进行了定性分析,400℃时热解油中酯类的含量(峰面积百分比)占绝对优势,而在600℃时,烯烃的含量(峰面积百分比)最多,各种组分的分布较400℃时均匀.     

Enhanced hydrogen production in catalytic pyrolysis of sewage sludge by red mud: Thermogravimetric kinetic analysis and pyrolysis characteristics

The catalytic mechanism of red mud (RM) on the pyrolysis of sewage sludge was investigated. The thermogravimetric data were used to study the kinetic characteristics by using a discrete distributed activation energy model (DAEM) to clarify the effects of three main components (Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂) in the RM on the pyrolysis of organic matters in sewage sludge. The modeling results showed that the pyrolysis of organic matters, especially at the higher temperature stage, was promoted by Fe₂O₃ and Al₂O₃ in the RM. Adding Fe₂O₃ or the RM alone could reduce the mean activation energy of sewage sludge pyrolysis by 13.9 and 20.1 kJ mol^?1, respectively. The modeling results were validated by pyrolysis experiments of raw sludge with different additives at 600, 700, 800, and 900 °C. The experimental results showed that the addition of Al₂O₃, Fe₂O₃ or the RM could produce more gas than the addition of SiO₂, especially at high temperatures. Fe₂O₃ and Al₂O₃ acted as catalysts in the tar decomposition by in-situ catalyzing the cracking of CC and CH bonds to produce more gases. Especially, Fe₂O₃ and Al₂O₃ increased the H₂ yield from sewage sludge pyrolysis at 700, 800, and 900 °C by 268.5 and 50.7%, 111.1 and 56.0%, 10.9 and 10.3%, respectively. The char obtained from pyrolysis of sewage sludge with the RM possessed magnetic property, which has various potential applications. The research indicates that the RM is an efficient catalyst in the pyrolysis of sewage sludge.