氧量对典型农林废弃物热解焦的影响

以稻秆和松木稻秆成型颗粒代表典型农林废弃物,采用热棒式反应器及FTIR等对不同氧气浓度下(0%、5%、10%、15%和21%)稻秆和松木的热解特性进行了研究。结果表明,氧气对生物质焦的表面官能团及孔隙结构有显著影响。随着氧气浓度的提高,生物质焦的平均孔容也相应增大,温度达到500℃时,稻秆焦和松木焦的平均孔容分别从惰性气氛时的0.009 cm~3/g和0.005 cm~3/g提高至21%氧气浓度时的0.030 cm~3/g和0.042 cm~3/g。随着氧气浓度的提高,各孔径的孔对比表面积的贡献均有所提高,特别是有氧气氛下对于微孔的提高更加明显,各孔径的孔贡献的比表面积均有所提高,且氧气对于微孔的形成具有极为明显的促进作用;相同热解终温下,氧气浓度越高,焦炭产率越低。有氧气氛促进了生物质向气相的转化,使焦炭的孔隙结构更为发达。     

松木颗粒热解与高温蒸汽气化半焦产率及形貌特征分析

以成型松木颗粒为原料,进行低温热解,研究了热解温度和升温速率对生成的松木半焦产率及官能团的影响。以试验得到的松木半焦进行蒸汽气化试验,对比分析了温度对半焦重整气化形貌特征、比表面积和平均孔径的影响。研究表明：随着热解温度升高,松木半焦脂肪族结构峰消失转化为烃等小分子物质及气化气,进而降低半焦产率。升温速率升高,半焦产率呈先下降后升高的趋势,在800℃升温速率为30K/min时半焦产率最低。不同温度热解和蒸汽气化对比试验表明,温度相对较低时（500℃）热解和蒸汽气化半焦孔隙结构相近,随着温度的升高,蒸汽气化半焦结构发生明显变化,900°C时出现了更小的孔道结构且比表面积增加明显。蒸汽引入使松木半焦和水蒸气发生热解反应的同时发生了脱氢反应,气化半焦形貌出现熔融和烧结现象。     

酸洗预处理对生物质热解焦物理化学特性的影响

选用松木、杨木、玉米秸秆和稻壳4种生物质为原料,采用3%（体积分数）乙酸溶液进行洗涤除灰后,进行快速热解实验,对比研究酸洗预处理对4种生物质热解焦物理化学特性的影响。结果表明：乙酸酸洗可有效去除松木、杨木、玉米秸秆和稻壳灰分中的大部分无机元素,从而促进热解过程中挥发分的释放、显著改善热解焦的表面化学特性。酸洗可促进热解焦孔隙结构的形成,提高比表面积和总孔容积,但会使平均孔径减小,这表明酸洗主要提高微孔率,对微孔的形成有较大的促进作用。同时,酸洗使得更多的含氧官能团保留在生物质热解焦表面,这种影响对玉米秸秆和稻壳尤为明显。气化焦油的吸附实验结果表明酸洗后热解焦的吸附能力有所增加。     

餐厨垃圾典型组分的热解产物分布特性

基于餐厨垃圾复杂组分导致的热解机理尚不明确,文章研究了餐厨垃圾典型组分淀粉与蛋白质的热解特性。研究结果表明：当热解温度为300～700℃时,淀粉的热解油产率高于蛋白质;当热解温度为500℃时,淀粉具有最高的热解油产率（62%）,热解油的主要组分为呋喃类衍生物和糖类;当热解温度为400℃时,蛋白质具有最高的热解油产率（46%）,热解油主要由含N杂环、酚类和酰胺/胺类等物质组成,且其中芳香族化合物的含量要显著高于淀粉热解油;在淀粉与蛋白质热解过程中,其热解焦表面的化学结构差异明显,其中蛋白质热解焦中N-H键和氨基酸结构的C=O键的强度随热解温度的升高而降低,而淀粉热解焦中酮类结构的C=O键的热稳定性较好,在高温下,其强度会有所增加。     

生物质热解参数对焦碳生成特性及产氢率的影响

选取一定量筛分干燥后的松木屑作为实验材料,同时选取煅烧白云石粉及橄榄石粉作为实验反应催化剂.在石英管式炉上650～900℃温度范围内分别完成松木屑、松木屑与催化剂混合物的快速热解过程以及热解焦碳的气化反应过程.木屑低温热解时焦碳产生量多、比表面积大、气化活性好;白云石与木屑混合热解后焦碳产生量显著增多,优于橄榄石,低温热解产物潜在产氢率高.较低温度热解焦碳与水蒸气气化反应产气中氢体积含量可超过70%.     

制备温度对芒草热解焦CO2气化反应动力学的影响

利用热重分析仪进行了芒草热解焦与CO_2气化反应实验研究,选取均相反应模型、颗粒反应模型和随机孔模型计算了芒草热解焦的CO_2气化反应动力学参数,探讨了3种动力学模型的适用性.为进一步探讨制备温度对热解焦CO_2气化反应的影响机理,利用扫描电镜(SEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)分析了芒草热解焦的孔隙结构和表面形态.研究表明,随着制备温度的升高,热解焦表面结构被逐渐加深,表面粗糙度提高,比表面积相对增大,制备温度为600℃的热解焦具有最大的微孔容积与总孔容积之比,使得其更容易发生气化反应;制备温度为400℃时,芒草热解焦在3种模型下具有最小的平均活化能,随机孔模型对芒草热解焦实验数据拟合效果最好,其模拟的相关性系数R2均大于0.97.     

不同热解温度下落叶松半焦特性的演变规律

为探究热解温度对生物质半焦特性的影响规律,文章以落叶松为原料,采用管式电阻炉制取200～1 000℃的热解半焦,利用元素分析、XRD、BET、SEM等测试手段,结合碳-氢-氧相图及Scherrer方程,深入分析了热解温度对生物焦元素组成、石墨化程度、孔隙结构及表观形貌的影响。结果表明:热解温度升高,热解半焦的H/C,O/C原子比减小,芳构化程度加深,碳微晶结构更趋于有序化,片层状碳骨架结构逐渐凸显,石墨化程度增加;400℃下的半焦比表面积最高,微孔对比表面积的贡献大;300℃和500℃是热解半焦结构发生明显变化的两个特殊的温度点。     

神华烟煤煤粉中低温热解半焦的粒径和形态特性

选择挥发分较高的神华烟煤煤粉用固定床反应器进行300℃至700℃的中低温热解,使用筛分法研究半焦颗粒粒径变化,结合扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和低温氮吸附考察半焦颗粒的微观形态、官能团和孔隙结构变化,讨论颗粒尺寸变化的机理。结果表明,颗粒粒径随温度升高而减小。在温度低于400℃时,活泼的热解反应尚未进行,由于水分和少量挥发物的析出导致部分中孔孔隙收缩,此时半焦粒径轻微减小,且主要是粒径较大的发生轻微变化;热解温度升高到500℃及以上,在加剧的缩聚反应作用下,颗粒粒径剧烈减小,内部孔径分布变化加剧,同时收缩产生的裂痕促使更多碎块产生,进一步减小了颗粒的粒径。     

原料种类及热解温度对生物质炭理化特性影响的试验研究北大核心CSCD

为探究生物质原料和热解温度对生物质炭理化特性的影响,文章分别对松子壳、油茶壳、木屑和稻壳进行连续热解试验,获得生物质炭产物。通过对生物质炭的产率、工业分析与热值、吸附值、孔隙结构及表面官能团等理化特性的全面表征,研究原料种类及热解温度对生物质炭理化特性的影响。研究结果表明:松子壳炭、油茶壳炭、木屑炭的热值均大于标准热煤的热值;原料的挥发分含量越高,生物质炭的产率就越低,原料的灰分含量与生物质炭的灰分含量的变化趋势相一致;当热解温度为500℃时,4种生物质炭均可以形成较丰富的中、大孔隙结构,但松子壳、油茶壳等硬壳类生物质炭的微孔更为发达;随着热解温度的升高,生物质炭产率不断下降,生物质炭所含官能团的种类发生变化,数量逐渐减少,孔隙数量也减少,生物质炭的吸附能力减弱。     

基于等转化率法的生物焦CO_2气化反应动力学参数研究

利用热重分析仪在800~950℃对稻秆焦和木屑焦CO2等温气化过程进行了研究。分别采用等转化率法和随机孔模型求解了稻秆焦和木屑焦气化反应的动力学参数。通过等转化率法发现,随着碳转化率的增加,反应活化能随着碳转化率的升高而增大,稻秆焦和木屑焦在碳转化率为0.02时刻(即接近初始时刻)的活化能分别为157.2 k J/mol和166.4 k J/mol;采用随机孔模型计算得到稻秆焦和木屑焦的活化能分别为155.1 k J/mol和165.5 k J/mol,与等转化率法求得的碳转化率为0.02时刻的活化能接近,表明随机孔模型可以准确地描述稻秆焦和木屑焦的气化特性。同时发现,同一气化温度下,稻秆焦的结构参数大于木屑焦的结构参数;不同温度下的同一焦炭的结构参数f与对应的气化温度存在良好的指数关系。最后结合结构参数f与气化温度的指数关系表达式,得出稻秆焦和木屑焦的等温气化反应动力学随机孔模型速率表达式。     

毛竹热解炭化演化过程的研究

文章利用高温管式炉对毛竹进行热解炭化,研究毛竹在100～500℃的热解温度下的炭产率及炭产品物化特性的演化过程。利用热重分析(TGA)、扫描电子显微镜分析(SEM),N2-absorption、傅里叶红外光谱(FTIR)等分析方法研究毛竹热解炭的特性,考察热解温度对竹炭品质的影响,以反映其炭化的演化过程。实验结果表明:当热解温度升高至350℃时,竹炭的质量和固体物质所占的比例基本趋于稳定,分别为2.55 g和25.5%;当热解温度为350℃时,竹炭的高位热值(29.407 MJ/kg)和比表面积(2.93 cm~2/g)均达到最大值;当热解温度为350～400℃时,竹炭中的纤维素、半纤维素已基本热解完全,当热解温度超过400℃后,竹炭的FT-IR曲线已接近平稳;随着热解温度的逐渐升高,竹炭表面的孔隙逐渐增多,若热解温度过高,会导致竹炭表面的孔隙过大并出现断裂。     

烟煤煤焦的CO2气化反应

采用TG-FTIR方法,在反应温度为950～1300℃时,研究了几种典型煤种及其在高温下慢速和快速热解煤焦的CO2气化反应特性.对4种原煤及其1200℃快、慢速热解条件下煤焦气化产物CH4和CO进行了实时检测和分析.同时对煤焦的孔隙结构和化学组成进行了分析.结果表明,各种热解煤焦的反应速率随气化温度的升高而增大,当达到最大值后随温度的升高而下降;4种煤焦的活化能随热解和气化温度的升高而增大;煤焦气化过程释放CH4和CO的特性与原煤的趋势相似,但原煤热解气化过程中释放CH4的质量浓度比不同热解速率制得煤焦的热解气化释放CH4的质量浓度高出2个数量级,快焦相比慢焦释放出更高质量浓度的CH4;各种煤焦的BET比表面积都较小(除神府慢焦外都小于2 ㎡/g);快焦的气化活性比慢焦的好.     

污泥热解中残焦表面官能团结构演化特征

针对污泥热解过程生烃能力,研究了不同温度下污泥热解残焦表面官能团结构变化特征.结果表明:温度对污泥热解残焦表面羟基、—CH_3和—CH_2键、羰基、碳碳双键等官能团热裂解演化程度影响较大,但对于其他杂原子团影响较小;550,℃以下低温热解脂肪结构裂解程度较大,芳香结构裂解程度较小;随着温度升高,受芳香结构裂解、芳构化及缩合效应综合影响,残焦富氢程度振荡变化;相比低温热解,高温下污泥有机结构芳构化和缩合程度较高、残焦脂肪链长程度提高、但残焦支链化程度变化不大.     

快速热解条件下生物焦的微观特性及其单质汞吸附性能研究

利用滴管炉对快速热解方式下制备所得生物焦进行了研究,并通过氮气吸附脱附仪和傅里叶变换红外光谱仪研究了生物焦的热解特性及微观特性,结合吸附动力学过程,进一步探究了生物焦对单质汞的吸附特性及机理。结果表明:生物焦对单质汞的吸附既取决于其孔隙结构又与表面化学性质有关,由于生物质在沉降过程中因范德华力及液桥力的作用发生颗粒团聚现象,随热解温度的升高,所形成生物焦的单质汞吸附能力增强,BET比表面积增大,而表面官能团含量却下降;较低热解温区所制备的生物焦单质汞吸附过程中,化学吸附占主导地位,随热解温度的升高,化学吸附作用逐渐减弱,物理吸附是主要控速步骤。     

生物质热解过程中焦炭物化结构演变特性

利用比表面积孔径分析仪测定生物质热解焦炭的氮气等温吸附曲线并得到结构和孔径分布特性,同时对焦炭的形貌和微区化学组成进行深入分析。研究表明:随着热解终温的升高,生物质焦炭的孔隙结构变得复杂,600℃时焦炭的孔隙结构、比表面积和吸附特性较好,1000℃时出现孔坍塌和融合现象,稻壳焦炭微区元素主要是C、O、Si和K,并在800℃时表面存在硅化物和碳化物两种不同的结构。     

典型生物质剪切破碎生成颗粒的形状特征

借助光学显微镜和Image J图像处理软件,运用统计方法和分形理论对芦苇、稻秆、豆秸及松木4种生物质经剪切破碎后的颗粒的形状特征进行研究.结果发现:随着粒径的减小,生物质颗粒的长宽比及不同生物质颗粒长宽比之间的差异均变小.芦苇、稻秆、豆秸及松木4种生物质颗粒粒度为0.180～0.425mm时,平均长宽比分别为9.82、9.00、7.01和3.01,差异较大;粒度为0.096～0.125mm时,平均长宽比较接近,分别为2.42、2.70、2.59和2.49.4种生物质颗粒具有分形特性,在所研究的粒径范围内,分形维数处于0.8 ～0.9之间,且4种颗粒的分形维数随颗粒粒径的减小表现出减小趋势,但是松木颗粒的变化相对较小.     

废轮胎中试回转窑热解炭特性分析

采用中试回转窑热解装置对废轮胎进行了热解研究，在450—650℃热解试验温度范围内，热解炭产率约为39%—44%。热解炭的工业及元素分析显示，热解炭中灰分含量高达10％以上；含量最多的金属元素是Zn和Fe；热解炭S含量2．2%—2．6％左右，轮胎原料中S元素约75%留在热解炭中，因此热解过程中排放出的气体硫化物很少。此外，探讨了热解炭孔容积分布和温度对比表面积的影响，在450—550℃，热解炭比表面积随热解温度升高而增大；温度继续升高，比表面积变化不大，在孔半径约为25nm处，热解炭比孔容积有最大值。     

钾盐对纤维素热解特性的影响

利用微型热解系统,研究500℃终温条件下,钾盐(K2SO4,KNO3,K2HPO4,KOH)对纤维素热解特性的影响。收集炭、焦、重油、轻油、气5种产物,计算各产物产率,分析结果表明,钾盐添加作用下,钾对热解存在主要影响,盐本身理化特性存在次要影响。利用气质联用仪(GC-MS)对重油和轻油进行分析,发现糖、苯类物质主要集中于重油,而醛、酮类物质主要集中于轻油,钾盐显著降低了糖类产物产率,增加了酮类、环烷烃类物质产率。利用X射线光电子能谱仪(XPS)对浸渍样、热解炭、焦含碳官能团进行分析,结果表明,热解后,热解炭与热解焦具有类似的含碳官能团分布,但热解炭中以芳香环中的C=C官能团为主,含氧官能团主要为羰基-CO-而热解焦中另外含有-COO-官能团。     

牛粪及其半焦的热解动力学特性比较研究

基于热重实验和多伪组分平行反应模型,采用多峰高斯拟合与Coats-Redfern分析相结合的方法,比较研究牛粪及其热解半焦的热解动力学特性,重点分析制焦温度(300~600℃)和升温模式(慢速和快速)的影响。结果表明:随着热解温度的升高,牛粪热解反应表现为脂溶性物质、半纤维素、纤维素、木质素以及灰分5大伪组分先后发生异化、分解,脱挥发分的过程,相互耦合,但具有各自的热分解主导区间;5大伪组分的活化能依次为33.34、98.27、176.51、31.34和63.27 k J/mol,热分解主导区间分别为120~400℃、250~380℃、310~370℃、250~530℃和600~700℃;随着制焦温度的升高,残余半焦中木质素伪组分的活化能逐渐增大,且随制焦温度的升高而升高,灰分伪组分的活化能也较牛粪原样中灰分伪组分的活化能有不同程度的增加,但并非线性递增关系;慢速和快速制焦模式对半焦中伪组分的活化能影响显著,但对其热分解主导区间的影响较小。     

玉米秸焦的低温氧化及动力学特性的恒温量热分析

针对生物质焦的低温氧化和自加热问题,采用恒温量热分析方法对玉米秸250、500℃焦及其原样在4个温度35、45、55、65℃下的低温氧化放热和动力学特性进行了实验研究。放热特性分析表明,3种样品各温度下热流率随时间的变化具有相似的趋势,反应温度对焦放热特性的影响也相似,即随着温度升高,样品的最大放热率和相同时间的累积放热量显著增加。动力学分析表明,烘焙焦(即250℃焦)与原样具有相近的活化能,但指前因子较小,因此烘焙可一定程度上降低自加热倾向;500℃焦的活化能Ea较大,但反应放热对温度变化敏感,因而具有很强的自加热和自燃倾向。