不连沟煤热解半焦燃烧特性研究

煤热解产生具有高利用价值的煤气和焦油,并伴随产生大量的热解半焦,燃烧是半焦的主要利用途径之一。本文采用非等温热重分析法研究了热解条件(热解温度和停留时间)、热解气氛和燃烧升温速率对热解半焦燃烧行为的影响,并利用Coats-Redfern积分法对半焦燃烧过程进行动力学计算。结果表明:热解温度对甲烷二氧化碳重整与煤热解耦合过程半焦的燃烧反应特性有重要影响。随热解温度升高,半焦燃烧反应性呈下降趋势,反应活化能逐渐增加,这与半焦中较低的挥发分成正相关。热解停留时间和热解气氛对半焦燃烧影响较小。与在氮气中热解半焦相比,加氢热解和耦合热解半焦表现出几乎相同的燃烧特征和反应活化能。燃烧升温速率显著影响半焦的燃烧特性,提高燃烧升温速率促使半焦燃烧反应在更高温度下进行。     

油页岩半焦燃烧反应活性分析

采用美国Perk in E lm er公司生产的Pyris1 TGA热重分析仪,对桦甸油页岩半焦进行燃烧特性试验研究,得到3种不同升温速率下的油页岩半焦燃烧特性曲线,并使用平均质量反应性指数和燃烧稳定性指数对半焦反应性加以评价。油页岩半焦燃烧分燃烧快速段、过渡段和燃烧慢速段3个阶段进行。随着升温速率的提高,在燃烧快速段,表观活化能为133.901 3—100.204 2 kJ/mol;在燃烧慢速段,表观活化能为146.317 1—211.409 3 kJ/mol。利用Coats-Redfern法确定了燃烧快速段反应级数为3,而燃烧慢速段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。     

煤焦燃烧特性及反应活性探究

中国褐煤资源丰富,然而由于褐煤自身特点使其应用受到了极大的限制。针对中国褐煤应用最广的途径———燃烧,借助热重分析仪对不同热解终温的褐煤半焦及热解终温为1273 K的褐煤半焦与原煤的混合燃料的燃烧特性进行了分析。并利用Coats-Redfern法进行了燃烧动力学的分析,通过求得的表观活化能表征煤焦的燃烧反应活性。研究发现：热解终温越高,煤焦的燃烧特性越差;掺混褐煤有助于提高其半焦的燃烧特性,而掺混燃料的燃烧稳定性几乎和原煤无差别,且随着掺混比例的增加,混合燃料的活化能逐渐增大,越不易点燃,掺混半焦对燃料的燃烧特性和反应活性都有影响。相同制备条件下的烟煤半焦和褐煤半焦的燃烧动力学参数尤其是活化能相差很大,可见煤焦的燃烧反应活性与煤种有关。     

数据处理方法对无烟煤燃烧动力学参数求解结果的影响

针对利用热分析仪研究无烟煤燃烧动力学参数时数据处理方法和机理函数的选择影响其结果的问题进行了分析和研究.采用Achar微分法、Coats-Redfern积分法以及多重速率扫描Popescu法相结合的方法分析了三种无烟煤燃烧过程最可能的反应机理,考察了不同数学处理方法对求解动力学参数的影响,分析了数学处理过程的误差.研究结果表明:所测试的无烟煤燃烧反应的可能燃烧机理应为相边界反应的收缩体模型:不同数学处理方法所得动力学参数不同;数学处理过程不可避免的引入了较大的误差;所得动力学参数为表观参数.     

低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响

采用热重分析法研究了不同热解条件下半焦的燃烧性能和动力学特征,利用Ozawa法求取动力学参数。结果表明,热解温度越低、保温时间越短时,半焦的燃烧性能越好;热解升温速率对半焦燃烧过程的反应程度影响不大;粒度越大,燃烧性能差异性越明显。热解温度对半焦燃烧性能影响较大,550℃是本研究中制备高燃烧反应性半焦的适宜热解温度。两种不同粒度原煤制得的半焦均随转化率增大,活化能减小。1~3 mm原煤在热解温度为550℃时所得半焦在燃烧过程中符合反应级数模型,化学反应为限制性环节,反应最概然机理函数为f(α)=(1–α)2。     

乌拉盖褐煤热解特性及反应动力学参数研究

为获得较好的褐煤半焦制备工艺参数,研究了不同制备条件(热解终温、升温速率、原煤粒径、热解气氛)下制得的乌拉盖褐煤半焦的燃烧性能和燃烧动力学参数。结果表明,热解终温对半焦品质的影响最大,热解升温速率、原煤粒径和热解气氛对半焦燃烧特性的影响不显著。热解终温由350℃升至600℃时,反应指数RI由235℃升至292℃,半焦着火性能变差;燃尽指数Cb由4.68升至6.15,半焦燃尽性能变差;爆炸指数Kd由2.54降至0.46,半焦爆炸倾向性变低;反应活化能由44.4 k J/mol升至63.4 k J/mol,半焦燃烧动力学特性变差。热解终温为520℃时制得的半焦反应指数、燃尽指数、爆炸指数和反应活化能分别为265℃,5.34、0.80和53.2 k J/mol,属于易着火、易燃尽、中等爆炸燃料,燃烧特性良好。     

无烟煤二氧化碳气化反应动力学研究

应用热分析原理以非等温方法研究二氧化碳与无烟煤的气化反应,并通过Freeman-Carroll微分法和Coats-Redfern积分法求解动力学参数.结果表明:不同分析方法和拟合区域会影响热分析结果;采用均相一级反应模型进行拟合,得到气化反应速率常数、反应活化能和指前因子.贵州无烟煤和山西无烟煤气化反应最佳温度区间接近,动力学参数相差不大.     

神木烟煤等离子体气化所制半焦的特性研究

在实验室中采用三相交流等离子体电弧发生炉对神木烟煤进行等离子体气化制得实验用半焦,并对其进行工业分析和流化床燃烧实验。工业分析结果表明,所制得半焦中挥发分含量几乎为零,而部分灰分和固定碳也参与反应挥发出去。半焦在流化床中燃烧实验结果表明,所制得半焦能够在流化床中持续稳定燃烧,并且燃烧过程中燃烧产物能够稳定排放。通过建立数学模型求得半焦燃烧动力学参数,结果表明,半焦的活化能远大于原煤的活化能,其反应活性则低于原煤的反应活性。     

β2-SiW11/PANI/SnO2复合材料的非等温动力学

采用TG-DTG技术研究了复合材料β2-SiW11/PANI/SnO2的热解机理和动力学,运用Coats-Redfern积分法和唐万军法对非等温动力学数据进行了分析,得出了其3步热分解反应的机理函数、动力学参数以及3步分解反应的活化能E和A。     

煤热解动力学模型的建立

通过对煤热解反应动力学分析,基于分布活化能模型DAEM,建立了集总反应动力学模型表示煤炭热解过程。确定了可以预测热解产物组成、分布与热解终温和升温速率关系的动力学方程。结果表明：随热解温度升高,各种挥发分产物析出率越来越接近最大产率;半焦C含量增加,但产率下降,H,O,N和S等元素降低。升温有利于提高半焦脱硫率、脱氮率。温度为600℃左右时,除H2外的大部分挥发分基本析出,半焦元素变化幅度减小。热解终温较低且一定时,较慢的升温速率有利于各热解挥发分最大限度析出。秦丽娜     

三种常见生物质热解动力学特性的研究

采用热重法对三种常见生物质热解特性及反应动力学进行研究。考察了粒径和升温速率对生物质热解特性的影响。粒径减小时,稻草开始热解的温度和热解结束的温度都降低,最大失重变化率对应的温度也降低;升温速率增加时,热解挥发分起始析出温度和DTG曲线峰值温度均相应增加。采用Coats-Redfern法对生物质热解过程进行处理,并求出了生物质热解的动力学参数,求出的表观活化能变化范围在30～70kJ/mol。     

Pyrolysis characteristics of low‐rank coals based on double‐gaussian distributed activation energy model

Pyrolysis is an important technology in the utilization of low‐rank coals (LRCs) and is a prerequisite stage for other conversion methods. This study aimed to develop an understanding of the pyrolysis process of LRCs, especially the relationship between the pyrolysis kinetics and the internal chemical structure. The chemical structure parameters of all of the samples were obtained using the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) method. Thermogravimetric (TG) experiments were conducted at different heating rates (5, 10, and 20 K/min), and the experimental results were fitted using the distributed activation energy model (DAEM). DAEM based on double‐Gaussian distribution (2G‐DAEM) exhibited an acceptable fit to the experimental data in this study. An analysis of the chemical structure parameters of the four types of coals and the kinetic model obtained by fitting indicated that the difference in the chemical structure parameters among the coal samples could effectively explain the difference in the pyrolysis process and the activation energy distribution. The primary pyrolysis stage of the coal samples, including the thermal hysteresis effect caused by the increase in the heating rate, was accurately described by the 2G‐DAEM in this study.     

油页岩及其半焦混烧特性的热重试验研究和动力学分析

利用热重分析仪对桦甸油页岩燃烧时的双峰现象以及与其500℃半焦按不同比例混烧时单样相互影响程度、颗粒特性、着火温度和燃烧特性指数进行了考察;利用DAEM模型解析了混烧动力学参数。结果表明：油页岩燃烧DTG曲线在500℃附近的双峰活性参数值相差不大,分别为0.79和0.73,反映油页岩燃烧DTG曲线双峰归因于脂类有机质与干酪根中芳香烃的燃烧;混样中各单样在不同温度段相互影响程度不同,表观影响程度系数f的值均小于1。在燃烧过程中颗粒的缩核形状和表面分形维数并不是固定不变的,在低温段接近长圆柱体,在高温段接近平板,当浓度级次β=0.6时,低温段分形维数接近3,在高温段接近1;着火温度随半焦掺混量的增加呈线性递增;混样燃烧特性指数介于单烧之间并且存在掺混效果明显区;试样表观活化能在燃烧前期变化比较缓慢并呈下降趋势,大约在60～90 kJ·mol^-1之间,在后期剧烈增加,当转化率在0.60～0.75之间时表观活化能从80 kJ·mol^-1剧增到200 kJ·mol^-1。     

Combustion characteristics and kinetics of bio-oil

The combustion characteristics of bio-oils derived from rice husk and corn were studied by thermogravimetry analysis. According to the thermo-gravimetry (TG), differential thermogravimetry (DTG) and differential thermal analysis (DTA) curves of bio-oils in air and nitrogen atmosphere, we analyzed the combustion characteristics of different kinds of bio-oils in different atmospheres and worked out the combustion kinetics parameters of the bio-oil, providing reliable base data for the burning of bio-oil. The thermogravimetry indicated that the combustion process of bio-oil was divided into three stages. At the same time, the combustion process can be described by different order reaction models, and with the method of Coats-Redfern, the activation energy and frequency factor of different kinds of bio-oils were obtained.     

Analysis of pyrolysis and gasification reactions of hydrothermally and supercritically upgraded low-rank coal by using a new distributed activation energy model

Hydrothermal water treatments and supercritical (SC) water treatments of a lignite were performed to examine the feasibility of upgrading low-rank coals. The treatment below 400°C was found to be effective enough to keep high gasification reactivity at high temperature, as well as to suppress spontaneous combustion. The pyrolysis and gasification behaviors of raw and pretreated coals were examined by thermogravimetry (TG). The kinetic analysis was carried out based on a new distributed activation energy model (DAEM) presented by Miura [K. Miura, Energy & Fuels, (12), 864–869 (1998).]. According to this method, thermogravimetric curves measured at two or more different heating rates were needed to obtain the activation energy distribution function f(E) of a given coal sample. It was found that in the case of pyrolysis, the peak values of f(E) curves for upgraded coal samples are nearly 300 kJ/mol, whereas, the peak value of f(E) curve for their parent coal is about 200 kJ/mol. In the case of gasification, where only single reactions occur, the application of this new DAEM can give the changes of activation energy during reaction. Some interesting results occur, which may hint at some changes in the rate-controlling step of reaction or in the physical structure of coal during gasification.     

金属氧化物对生物质半焦气化特性和反应动力学影响

为测试生物质半焦中金属氧化物的催化作用,本研究利用热重分析仪比较脱灰半焦(ALC)及负载金属氧化物半焦(ALC-K2O, ALC-Na2O, ALC-CaO, ALC-Fe2O3, ALC-MgO)的气化特性,并进行动力学计算。为提高结果准确性,采用等温和非等温实验方法,并利用分布活化能模型(DAEM)和Flynn-Wall-Ozawa (FWO)等转化率法求算动力学。结果表明,金属氧化物对半焦催化效果有明显差异。等温条件下,其气化活性依次为ALC-K2O>ALC-Na2O>ALC-CaO>ALC-Fe2O3>ALC-MgO>ALC。非等温条件下,相同升温速率下,各半焦的特征汽化温度(初始温度、最大速率下温度、结束温度)由小到大依次为ALC-K2O, ALC-Na2O, ALC-CaO, ALC-Fe2O3, ALC-MgO, ALC,低特征反应温度表明其高反应活性。动力学分析发现,无论是等温还是非等温气化,活化能数据依次为ALC-K2O相似文献   

手机SIM卡TG-FTIR热解实验研究

利用热重-红外分析仪（TG-FTIR）研究了手机SIM卡在不同升温速率下的热解行为,探讨了升温速率对热解参数及热解产物的影响。采用分布式活化能模型求解了热解活化能,探讨了活化能随转化率的变化规律。研究结果表明：手机SIM卡呈现一段热解,主要热解温区在350～500 ℃,最大失重速率为?62.57%/min,总失重率高达90%。随着升温速率的提高,热解初始温度和热解结束温度均增大,最大热解速率和对应的温度也都增大;热解活化能在170～204 kJ/mol变化,随转化率变化规律呈现先增大后减小再增大后逐渐减小的规律,在转化率0.2时达到最大值;主要热解产物为苯、烷烯烃等可燃成分,而且含有氯、氮等元素;升温速率对热解组分没有影响。     

临港含油污泥的热解动力学分析

对含油污泥及其抽提油和热解油的组成进行分析。采用热重分析仪对含油污泥在空气氛下的热重特性进行实验研究, 考察不同升温速率下的热重(TG)和差热分析(DTA)曲线。采用Coats-Redfern积分法, 基于9种不同动力学机制模式函数分别对200～600℃之间的热重分析数据就ln[g (a)/T²]对1/T进行校正决定系数分析, 拟合反应动力学活化能和指前因子。实验结果表明:随着升温速率的增加, 油泥的TG和DTA曲线都向高温方向移动。含油污泥的热解阶段分为200～400℃和400～600℃两个阶段, 第一个阶段符合三维扩散反应动力学机制;第二个阶段含油污泥的热解反应符合一级反应规律。     

分布活化能模型用于模拟蒸馏的初步研究

对分布活化能模型向二级反应体系中的应用进行了推广，将最新的Miura分析方法应用于煤焦油馏分的模拟蒸馏曲线分析，发现所得活化能数据同非线性动力学回归分析结果非常接近，初步表明了该法应用于二级反应体系的可行性。