碳气化反应的机理及热分析动力学研究

采用热分析（TG、DTG、DSC）技术,进行不同升温速率（10℃/min,,20℃/min,30℃/min）下碳气化反热分析研究。结果表明：在线性升温条件下,碳气化反应分为反应放热的缓慢阶段和吸热的快速阶段。慢速气化阶段呈现放热的原因是CO2在固体碳表面发生吸附作用热大于气化反应热。通过Coats-Redffen法求解动力学参数,得出慢速和快速气化阶段的活化能分别为65.68～33.38kJ·mol-1和159.26～105.58kJ·mol-1,并随升温速率的提高而降低。     

玉米秸秆热解特性及动力学分析

以玉米秸秆为原料, 利用热重分析法研究其热解的特性及动力学。根据TG和DTG曲线, 研究玉米秸秆的热解特性, 采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)两种等转化率法计算玉米秸秆热解的活化能, 并结合主曲线法和Coats-Redfern(C-R)法探讨了玉米秸秆热解遵循的机理方程。研究结果表明: 玉米秸秆热解过程可分为干燥脱水、过渡、主热解和炭化4个阶段, 随着热解升温速率增大, TG和DTG曲线向高温侧偏移; 利用FWO和KAS法计算得到的表观活化能分别为181.7和181.5 kJ/mol; 利用主曲线法和C-R法求解出玉米秸秆热解的机理方程遵循Avrami-Erofeev方程, 当α=0.1~0.5时, n=3, f(α)=1/3(1-α)[-ln(1-α)]^-2; 当α=0.5~0.7时, n=2, f(α)=1/2(1-α)[-ln(1-α)]^-1。     

竹材炭化过程的热重分析及动力学研究

采用热重法研究了不同条件下竹材的炭化过程。通过对竹材炭化过程热失重和微分热重曲线的分析,初步探讨了竹材炭化的机理。对所得的热失重曲线进行拟合,计算了炭化反应的动力学参数,其活化能和频率因子分别在40.3～58.8 kJ/mol和336～6230 min^-1的范围内。     

玉米秸秆木质素脱除动力学研究

采用KOH在不同温度下蒸煮稀酸预水解后的玉米秸秆。确定了不同蒸煮温度下木质素脱除速率常数,木质素脱除动力学方程表达为:WL=0.0137exp(-∞t)+0.8433exp(-k2t)+0.1430exp(-k3t)。利用Arrhenius方程确定木质素在大量脱除段以及残余脱除段的活化能分别达到54.46kJ/mol和27.62kJ/mol。确定在该体系中最佳蒸煮温度为100℃,蒸煮时间为100min,木质素脱除率可达到90%以上。     

玉米秸秆成型颗粒烘焙工艺优化及产品质量分析

以质量产率、能量产率、高位热值为评价指标,对热解温度、升温速率、保留时间进行正交实验,确定了玉米秸秆成型颗粒烘焙最佳工艺条件.结果表明,热解温度290℃、升温速率7.0℃/min、保留时间45 min时产品综合性能最好,热值为20.32MJ/kg,能量产率为75.37%.产品含水率、平衡含水率、吸水率、耐久性、跌落强度等质量指标分析表明,烘焙玉米秸秆成型颗粒具有优良的贮藏、运输性质.     

煤焦CO_2气化的热重分析研究（Ⅱ）程序升温热重研究

用程序升温热重法（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄＴｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）对内蒙扎赍诺尔煤（ＺＬ）、陕西神府煤（ＳＦ）、山西阳泉煤（ＹＱ）的８００℃半焦进行ＣＯ_２气化研究，对表征煤焦反应性的参数变化进行了分析讨论和动力学计算，并与等温法的结果相比较，结果表明：ＤＴＧ参数是对煤焦气化反应的动态扫描，由此得出的煤焦活性顺序和动力学参数值，与等温法的研究结果不同，这种差异是由于不同的分析方法和煤焦不同的岩相组成造成的。     

气化飞灰液压造粒及燃烧特性热重研究

将加压流化床气化飞灰造粒后用作锅炉原料.探讨液压造粒的工艺条件及作为锅炉原料的可行性.结果表明:飞灰和造粒配煤质量比为1∶1,水分不大于20%(质量分数,下同),黏结剂不大于6.5%为宜(以造粒前混合物总质量为基准);在80%N_2+20%O_2气氛下,造粒产品与锅炉原煤的热重曲线均呈"Z"字形,着火温度仅相差10℃,燃尽温度相差45℃,可燃性指数分别为2.94×10~(-5)和7.10×10~(-5),综合燃烧特性指数分别为10.47×10~(-7)和16.43×10~(-7),燃烧性能差别小.造粒产品的使用避免了飞灰单独入炉燃烧造成的烟道超温现象,可作为锅炉原料;按照年处理飞灰20万t,飞灰、造粒配煤、造粒产品分别按20元/t,120元/t,150元/t计算,项目需投资约930万元,年净利润186万元,税后静态投资回收期约5.4年,经济效益显著.     

秸秆气化模型研究及参数优化分析

在考虑系统热损与碳不完全气化的条件下,以气化反应中物料、能量平衡和化学反应平衡为依据,建立了生物质气化的平衡模型,并采用文献提供的数据对模型进行验证,模拟计算的结果与文献中的数据基本吻合。在模型验证的基础上,参考工业控制中的参数,主要对秸秆气化过程进行计算模拟,研究了空气当量比、气化温度、气化剂温度、物料湿度对气化产物组成、气化效率和热值等指标的影响。结果表明:空气当量比最佳选取范围是0.25—0.28;气化温度不宜过高,一般选取范围在700—900℃;气化剂预热温度升高强化气化过程;为了达到较好的气化效果,应尽量降低物料湿度。     

液化玉米秸秆粘合粉煤成型试验研究

以山西肥煤、山西4#主焦煤与神木低变质粉煤为原料,三种不同浓度Na OH改性玉米秸秆为粘结剂,以干法冷压技术制备型煤,而后高温干馏制备型焦。采用FT-IR、SEM及TG-DSC等技术手段表征玉米秸秆改性前后结构性能,探讨了粉煤成型微观机理。结果表明:Na OH对玉米秸秆中木质素、半纤维素与纤维素产生降解,溶出果胶、糖类等液态粘结性物质,同时产生空隙或孔洞,未分解的纤维丝充分暴露、紊乱并相互缠结,可包裹或网囿大量小粒煤。不能进入纤维素网络中的大颗粒煤,煤粒与煤粒之间的空隙提供一个活性中心,促使粘结剂与煤粒之间发生键合,同时液态粘结剂填充该空隙,干燥固化后在界面上产生机械啮合力,起到粘结作用。型煤热解失重主要发生在温度为300～600℃的第二阶段,失重率为16%,大分子结构裂解,小分子有机物析出,热解后期以缩聚和芳构化反应为主。SEM中,型焦表面致密均一,质轻,呈浅灰色金属光泽,有明显的孔洞和细小裂纹。3～1.5 mm神木煤惰性接触点较少,被胶质体充分浸润并包裹形成致密不透气的实体,大量挥发分的析出导致表面产生许多孔洞。     

玉米秸秆循环流化床气化中试试验

玉米秸秆是农业生产过程中产生的剩余物,其热解气化是秸秆类生物质处理应用的重要选择方向。为此,采用循环流化床气化中试装置对玉米秸秆进行了气化试验,研究空气当量比ER、原料含水率对反应温度、气化燃气组分与热值、气化效率及燃气中的焦油含量等气化特性影响规律,并通过改变进料量试验得到了在不同负荷运行条件下的优化工作参数。结果表明：①随着ER的增大,循环流化床气化炉内的反应温度升高,气化燃气中的CO₂含量增加,焦油与CO含量及燃气热值降低,气化效率随ER的增大呈现先增大后减小趋势,较理想的ER为0.26,此时的气化效率达到70.2%、燃气热值为5.1MJ/m³;②原料含水率的增大降低了气化炉内的反应温度,当原料含水率在5%～15%之间逐渐增大时,燃气中的H₂含量、燃气热值及气化效率均有提升,当含水率由15%继续增大到25%过程中,燃气热值与气化效率均出现了快速下降;③根据气化炉额定进料量设计值,改变进料负荷在66%～120%范围内,调节ER在0.26～0.3时均可得到较好的运行工况,对应得到的燃气热值为4.8～5.1MJ/m³、气化效率为69%～72%。     

煤焦CO2气化的热重分析研究：（II）程序升温热重研究

用程序升温热重法（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ＰｒｏｇｒａｍｍｅｄＴｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）对内蒙扎贲诺尔煤（ＺＬ），陕西神府煤（ＳＦ），山西阳泉煤（ＹＱ）的８００℃半焦进行ＣＯ２气化研究，对表征煤焦反应性的参数变化进行了分析讨论和动力学计算，并与等温法的结果相比较，结果表明：ＤＴＧ参数是对煤焦气化反应的动态扫描，由此得出的煤焦活性顺序和动力学参数值，与等温法的研究结果不同，这种差异是由于不同     

废弃塑料与芦苇共热解热重分析及动力学研究

塑料在热解过程中被转化为燃料,加入生物质有利于提升塑料热解效率。采用热重分析仪研究芦苇与塑料的共热解过程,热解过程可分为脱水、挥发分析出和聚合物降解、焦炭形成三个阶段。采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算混合物热解动力学和热力学参数,具有较高拟合度(R20.980)。芦苇添加比为0、25%、50%、75%和100%的样品活化能分别为180～212、167～228、160～176、75～173和128～159 k J/mol。芦苇添加比例为50%与75%的样品活化能降低,此时混合物热解过程存在协同效应。芦苇添加比50%样品的熵增最小,较快达到热解反应平衡,是芦苇和塑料共热解的最佳掺混比。     

水性聚氨酯薄膜的热重分析及热分解动力学的研究

以聚氨酯薄膜为分析对象,用TGA研究其热分解行为,采用微分法和简单图解法分别计算出了热分解反应的反应级数、活化能等动力学参数。结果表明,聚氨酯薄膜的热分解开始于240-270℃,当温度达到400℃左右,聚氨酯已经分解完成,通过两种方法得到的活化能、反应级数等动力学参数基本相近。文中还分析探讨了薄膜的热分解反应机理,推断表明,水性聚氨酯薄膜的热分解机理为受相边界控制的收缩圆柱体。     

热分析在煤燃烧和热解及气化动力学研究中的应用

论述了煤的燃烧、热解、气化反应动力学的常用的单一升温速率法、多重扫描速率法、动力学补偿效应以及分布活化能动力学模型等热分析研究方法，分析了现用热分析动力学方法的局限性；并对反应控制热分析、微热分析技术、微波热分析以及热分析技术与其他分析技术的联用，热分析技术间的联用等热分析新技术在煤的燃烧、热解、气化反应动力学研究上的应用进行了展望．     

工业蜂窝型煤燃烧特性的热重分析及动力学研究

为了研究工业蜂窝型煤的燃烧特性,自行设计了一种能够进行较大量物料(20 g左右)热重分析的实验系统;采用对称—单纯形设计法优选出4种试样,利用自设系统结合热重分析试验方法,研究了纯氧气气氛下、恒定升温速率10℃/min条件下,试样从100℃升至900℃过程中的燃烧动力学特性,得到了4种试样的燃烧热重曲线;采用单一升温速率法(Coast-Redfern)和回归分析方法,计算出4种工业蜂窝型煤的燃烧动力学参数;结果表明:工业蜂窝型煤的燃烧过程大致可分为挥发分的析出和燃烧(275～380℃)、焦炭表面燃烧和燃烬(400～580℃)两个阶段,4个型煤试样燃烧过程均符合多段一级反应机理,平均表观活化能E_m分别为73.17kJ/mol、76.09 kJ/mol、91.28 kJ/mol和71.62 kJ/mol。     

煤焦CO_2气化的热重分析研究 （Ⅰ）等温热重研究

运用等温热重技术，对三种不同煤化度的煤焦，在９５０～１４００℃温度区内进行了ＣＯ_２气化研究，考察了这三种煤焦在不同气化温度下的活性变化，并对动力学计算的结果进行了讨论，研究发现，气化温度对煤焦气化速率的影响程度不同，１１００℃以下反应为。动力学控制阶段，１１００℃以上逐步过渡为扩散控制阶段，在高的气化温度下，反应速率增大，表现活化能值降低。     

吸湿性纤维热重干燥特性及动力学研究

为研究吸湿性纤维的干燥特性及动力学反应机理,采用非等温热重法对粘胶纤维在30—200℃温度区间范围内的干燥特性进行实验研究,利用等转化率KAS及FWO方法求解干燥过程表观活化能,并借助于固体热解的积分主曲线法(IMP)探讨纤维干燥动力学机制。结果表明:随着升温速率的提升,转化率α(TG)曲线及水分比MR曲线均向高温侧偏移;KAS和FWO方法计算所得的表观活化能值E_a值较为接近,且随转化率α升高而呈现单调性增高;通过最概然机理函数分析发现当干燥过程转化率大于0.5时,干燥过程以直接吸附水分的蒸发为主,更接近于物理化学反应,可由随机成核与随机生长A6机制描述。     

微型流化床与热重测定煤焦非等温气化反应动力学对比

利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)和热重分析仪(TGA)比较煤焦与CO₂的非等温气化反应特性,并利用单一升温速率法和组合升温速率法计算反应动力学数据。结果表明:升温速率对半焦非等温气化过程有重要影响,随着升温速率的增大,起始反应温度和最大反应速率对应的气化温度增加,同一气化温度下的碳转化率降低,而且利用单一升温速率法求取气化反应的活化能逐渐减小。与TGA相比,同一升温速率下,MFBRA中半焦气化反应的起始反应温度和最大反应速率对应的反应温度明显较小,而且升温速率越大差异越显著。无论是单一升温速率法(升温速率≥5℃·min^-1)还是组合升温速率法,TGA测得的动力学数据均明显小于MFBRA测得的动力学数据。高升温速率下(升温速率≥5℃·min^-1)半焦在TGA和MFBRA中非等温气化行为和动力学数据的差异很可能与MFBRA内较好的热量传递和受扩散的抑制作用较小有关。     

玉米秸秆与煤流化床的共气化特性

以玉米秸秆与无烟煤为原料,在循环流化床中进行空气-水蒸汽气化实验,采用预热装置将气化剂(空气、水蒸汽)由常温加热至500℃,考察气化温度、气化剂类型及生物质掺混比对气化燃气组分和热值、气化效率及碳转率等指标的影响.结果表明,提高气化温度可增大碳转化率及气化效率,950℃时无烟煤单独气化效率最高,850℃时玉米秸秆掺混比为20%的混合试样气化效率最高.选择空气-水蒸汽作气化剂时,H2体积分数由1.80%增至15.53%.玉米秸秆掺混比增加可促进CO生成,抑制CO_2生成,掺混比高于40%时会降低燃气热值及碳转化率.空气作气化剂,玉米秸秆掺混比为20%时燃气热值最高,空气-水蒸汽作气化剂,玉米秸秆掺混比40%时燃气热值最高.     

印尼油砂热重红外及基于AKTS动力学分析

通过热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和质谱仪对印尼油砂的热解过程和热解产物进行了探究,基于不同升温速率下的TG-DTG曲线,将热解过程分为两个阶段,即热解低碳化合物析出段和无机物高温受热分解段。升温速率相同时,YN₂油砂比YN1油砂挥发分析出的温度低。油砂热解产物是由脂肪烃、芳香烃、含氧官能团和羟基等组成的混合物,利用傅里叶红外光谱仪探究印尼油砂在不同升温速率下气体产物H₂O、CO₂、CO、CH₄、C_nH_m等的析出特性,气态烃类、含氧有机物等有机气体是由羰基和羧基以及甲氧基、亚甲基、甲基在热解低温段受热分解产生的,根据质谱图,确定了各个时刻逸出气体的种类和产量。利用AKTS软件基于F-W-O和Kissinger模型计算了油砂脱挥发分的热解动力学参数,计算结果表明,在相同的转化率下,不同升温速率的活化能呈线性分布,YN1的活化能高于YN₂的活化能。