4种农林生物质的热解特性及动力学研究

为优化生物质热解工艺,研究了4种农林生物质的热解特性及其动力学参数的分布规律。利用热重分析仪对4种生物质的热解失重行为进行了试验研究,采用热解特性指数P对生物质的热解特性进行了综合评价,使用CoatsRedfern方法对生物质的热解过程进行了动力学分析。研究结果表明：生物质的热解反应可分为干燥预热、快速失重和缓慢失重3个阶段;各生物质在主热解区低温段所需热解活化能要高于高温段;活化能和频率因子均随升温速率增大而增大;采用n-2级动力学模型能较好地表述整个主热解区的反应过程;采用15K／min的升温速率和500℃的热解终温可提高热解反应速率,降低能耗。     

植物类生物质热解特性及动力学研究

使用美国TA公司的Q50热重分析仪对5种植物类木材生物质进行了热解的动力学研究，样品粒径为0．075-0．100mm．分别调查3种不同升温速率下热解温度对热解过程的影响，通过对热重分析（TG）、差分热重分析（DTG）曲线的分析，建立了相应的反应动力学模型，得到了不同木材的动力学方程中的表观活化能和频率因子，为热解过程的工业化设计提供了基础数据．     

碱/碱土金属浸渍对酸洗生物质热解影响研究

为研究碱/碱土金属(AAEM)浸渍预处理对酸洗生物质热解特性的影响,本文选用稻壳、橡木和秸秆3种生物质为原样,对酸洗及酸洗后5种金属硝酸盐(KNO3,Ca(NO3)2,Mg(NO3)2,Fe(NO3)3,Ni(NO3)2)溶液浸渍样进行热重分析。结果表明:酸洗使得生物质中金属含量降低,而浸渍预处理使生物质中金属含量增加;经酸洗后生物质的TG和DTG曲线向高温方向移动,最大热解速率明显增加,焦炭产量下降;AAEM盐浸渍预处理可以促进生物质的热解过程,使生物质的TG和DTG曲线向低温移动;Fe、K、Ni盐的反应活性稍高于Ca、Mg盐。从动力学方面看,Coats-Redfern法对150~340℃范围内生物质热解均有很好的相关性,反应级数为一级,金属的添加使生物质热解所需活化能降低,对热解具有催化作用。     

几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析

针对四种不同的城市生活垃圾原料:木屑、稻草、橡胶和塑料在不同升温速率(10、20、30、40℃/min)下进行的热重分析试验,探讨生物质热解的影响因素。通过热重曲线分析城市生活垃圾的热解规律,并使用阿伦尼乌斯公式和Coats-Redfern积分法计算热解反应动力学参数。研究结果表明:几种典型的城市生活垃圾热解过程分三个阶段:干燥预热、快速失重和缓慢失重阶段。随着升温速率的增加,热解曲线向高温区移动,升温速率升高对热解过程总失重量影响不大;但是提高升温速率会加快热解反应过程。塑料相对于其他三种物质热解失重峰值温度高出120℃以上,塑料的活化能远大于其他三种物质,是四种城市生活垃圾最难热解的物质。     

脱除金属盐的芦苇热解特性实验研究

通过水洗和酸洗制备了脱除金属盐矿物质的芦苇,在热重分析仪中进行热解反应特性研究,考察了金属盐组分、金属盐洗脱率、生物质样品孔径分布、反应升温速率等因素对热解特性的影响。结果表明,不同洗脱方法对芦苇中金属盐矿物质和孔结构有明显影响,酸洗的洗脱效率达到了99.8%,矿物质原始位置在经过洗脱后形成新孔导致洗脱样的吸附量大于原样的吸附量,且随着矿物质的脱除程度增加,中孔所占的比例逐渐减小;提高升温速率,有利于芦苇和洗脱样的热解,加快生物质内的纤维素和半纤维素的热解反应。     

糠醛渣与稻壳共热解规律

由糠醛渣和稻壳的共热解的热重分析表明，其主要热解温度区间明显地分为两个阶段，并表现出不同的热解机理；共热解不是两种生物质单独热解贡献的简单叠加。通过对5℃／min，20℃／min．50℃／min和80℃／min的升温速率及不同粒径下的失重分析对比表明：升温速率和粒径大小对共热解均有影响，随着升温速率和粒径的增大，糠醛渣热解的初始温度增高，热解向高温侧移动。在热解反应活跃区间建立了与糠醛渣和稻壳共热解特性相适应的分段分级热解动力学模型，计算得到热解动力学参数。     

稀酸水解木素的热失重特性及其动力学分析

采用热重分析的方法研究了稀酸水解木素在不同升温速率时的热解特性及升温速率对热解反应的影响,并根据微分热重曲线,建立了动力学模型,计算了热解反应的动力学参数.结果表明:200～450℃温度区间是水解木素热解的主要阶段;随着升温速率的增大,热重曲线向高温区移动,升温速率为10、20和30℃/min时,失重速率分别在311.9、323.8和338.1℃左右出现最大值,且微分热重曲线均只出现一个较大的失重峰.根据Coats-Redfern法,稀酸水解木素在不同升温速率下的热解可用两个一级反应表示,随着升温速率的提高,活化能有所降低,低温区稀酸水解木素的活化能在18.27～18.47kJ/mol之间,高温区的在74.45～84.37kJ/mol之间.     

稀酸水解木质素的热失重特性及其动力学分析（修改稿）

利用热重分析法对稀酸水解木质素的热解行为进行了研究,探讨了这种工业木素在不同升温速率时的热解特性及升温速率对热解反应的影响,并根据微分热重曲线,建立了动力学模型,计算热解反应的动力学参数。结果表明：稀酸水解木质素的热解过程可以分为脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段,在低温区有一个强烈失重峰,根据Coats-Redfern法来描述热解过程并计算出稀酸水解木质素在不同升温速率下的热解动力学参数,其动力学模型可用2个一级反应表示。     

生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析

利用热重分析天平,采用非等温燃烧的方法对生物质热解产物——生物质焦与两种无烟煤混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究,考察了不同配比的混合试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,求出了反应的动力学参数活化能Ea和指前因子A.结果表明:活化能和指前因子均随混煤中生物质焦比例的增加而降低,存在动力学补偿效应;煤中掺入生物质焦后,试样燃烧的第一阶段和第二阶段的活化能分别呈现出"U形"曲线和"阶梯形"曲线的规律,且对混合燃料热解过程的作用要优于对固定碳燃烧过程的作用;活化能的计算表明生物质焦的存在有助于改善煤的着火性能,对煤的燃烧有催化促进作用.     

几种生物质热重曲线的分析

试验研究检测了玉米秸秆，小麦秸秆的热解特性．并对几种生物质的热解过程进行了分析．差热曲线的计算分析表明，生物质热解反应是一个一级反应过程，据此获得了生物质的动力学参数——频率因子和活化能，最后得到生物质的热解动力学方程．     

复合生物质燃烧性能的数值模拟及实验

为探究复合生物质的燃烧性能,以圆筒形燃烧室的锅炉为例,利用FLUENT软件建立数学燃烧模型,并选取玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质作为模拟燃烧的燃料。分析4种生物质单独燃烧时燃烧室中心截面的温度分布,结合分析结果将玉米秸秆分别和木屑、稻秆按照不同的质量配比方案进行混合燃烧模拟,并对4种生物质及复合生物质做单烧及混烧实验验证。研究结果表明：4种生物质燃烧时燃烧室中心截面最高温度的排序为玉米秸秆>棉秆>木屑>稻秆,玉米秸秆的最高温度比其它3种生物质高100K以上;生物质的燃烧性能受一次风速、风温及自身含水率的影响较大;混烧明显好于单烧,实验验证玉米秸秆与木屑、稻秆的最佳质量配比分别为3:1、7:3,此时燃烧室中心截面的最高温度混烧比单烧分别提高90K和92K,且复合生物质提高了单一生物质的燃烧性能。     

不同农业生物质废弃物的热解特性及动力学对比

为了充分利用农业生物质废弃物进行热解气化,以玉米芯、花生壳、稻壳和稻秸为研究对象,以高纯氮气为载气,通过热重分析和质谱分析联用技术,考察了其热解过程的失重机制、热流变化规律、小分子可燃气体(CO,H_2和CH_4)的释放规律及综合热解特性.结果表明,生物质的热解失重主要发生在220~410℃,玉米芯在该区间的失重最高,占总失重的80%~90%;挥发分综合释放指数D:玉米芯稻秸稻壳花生壳,活化能:稻壳玉米芯稻秸花生壳,固体剩余物:稻壳花生壳稻秸玉米芯,总体上看,玉米芯和稻秸的热稳定性较差,而稻壳和花生壳的热稳定性较好;通过Coats-Redfern法计算得到了相应的活化能和频率因子,计算结果与热重试验基本一致.     

3种不同原料生物油主要化学成分的GC-MS分析

以玉米秸、麦秸和棉秆为原料,采用自制固定床热裂解反应器,在400、450、500和550 ℃等4个温度下进行了热裂解液化实验,获得了3种物料的生物油。反应温度为500 ℃时,3种生物质热裂解产油率最高。采用气质联用仪测定了500 ℃热裂解得到的3种原料生物油的化学组分和含量。结果表明,生物质原料种类对生物油的化学成分及含量的影响比较显著。每种原料制取的生物油都存在自己独有的化合物且含量也存在一定的差异,但主要化学族类大体相同。玉米秸热裂解油中酮类物质最多,酸类次之;麦秸和棉秆热裂解油中酸类物质居多,酮类物质次之。     

生物质热解挥发特性的实验研究

为了研究闪速加热条件下的生物质热解挥发特性,在以等离子体为主加热源的层流炉实验台上进行了玉米秸粉的快速热解实验,通过改变反应温度(800～950K)和反应时间(0.108～0.224s),得到不同条件下生物质的挥发百分比。根据挥发百分比求出频率因子A和活化能E,建立了玉米秸粉的挥发特性方程。     

小型生物质热解气化发电系统研究

以玉米秸秆颗粒为生物质原料,以产气量为20m3／h的热解炉为气化装置,结合10kw的燃气内燃机发电系统及生物质焦油裂解装置,概述了生物质焦油的净化流程,分析了热解温度与生物质热解气成分的关系,得出生物质热解气发电的运行情况．简要总结了生物质炭的利用和小型生物质热解气化发电系统的特点．     

利用热等离子体进行生物质液化技术的研究

利用等离子体射流实现生物质快速热解。在０．５～１．５秒的时间内使粉状生物质的温度由常温上升到７５０～９５０Ｋ,再对蒸汽状态的热解产物进行快速冷却,从而实现生物质的液化．本文介绍了等离子体加热生物质热解实验台的结构和性能。用有代表意义的生物质粉一一玉米秸粉,在高温等离子体加热生物质热解实验台上进行了初步实验,研究了加热速率、停留时间、热解最终温度对生物质液化的影响、对生物质液化产物—一生物油利用色质联用法（ＧＣ—ＭＳ）进行了分析。     

玉米秸秆纤维与玄武岩纤维加固水泥土力学性质对比分析

吉林省处于世界"三大黄金玉米带"地域之一,季节性秸秆过剩问题比较突出。为了拓宽其消化渠道,将短切玉米秸秆纤维按不同比例掺入取自长春地区的黄土中,基于无侧限抗压强度试验,探明其对水泥土加固效果的影响规律,通过与玄武岩纤维水泥土试验数据的对比分析,主要研究两种纤维水泥土强度、应力应变关系随纤维掺入比或纤维长度的演化规律,深入分析了界面剪切强度和软弱结构面等对强度的影响。试验结果表明:玉米秸秆纤维和玄武岩纤维均能提高水泥土强度,增强其延性,两种纤维水泥土强度发展规律相似,均呈现先增大后减小的特点;试验条件下,峰值强度、最优纤维掺入比和最佳纤维长度均基本相同。试验表明玉米秸秆纤维替代玄武岩纤维应用于水泥土加固具有一定的可行性,但玉米秸秆纤维的防腐和耐久性问题需进一步深入研究。     

不同热解温度下生物质废弃物制备的生物质炭组成及结构特征

以玉米秸秆、 树枝和树叶3种生物质废弃物为原料, 分别采用差热/热重分析(TG/DTG)、 红外光谱(FT IR)、 Boehm滴定及X射线衍射（XRD）方法考察热解温度为350,550,750 ℃时制备的生物质炭结构及组成特征. 结果表明： 玉米秸秆原料的热稳定性最低, 热解过程中质量损失最大, 其次是树枝和树叶; 玉米秸秆原料的XRD谱弥散程度最大, 构成炭的微晶层数相对较少; 不同原料在相同温度制备的生物质炭, 其单位质量含有的表面官能团种类和总量相近, 但pH值差别较大, 其中玉米秸秆制成的生物质炭pH最大; 随着温度的升高, 相同原料制备生物质炭的芳香化程度增加, 表面官能团总量减少, pH值升高, 纤维素和半纤维素特征峰消失, 结构趋于石墨微晶.