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．     

单颗粒印刷线路板热解传热特性模拟研究

建立了单颗粒印刷线路板的传热模型,模拟了热解传热过程,分析了比热容、导热系数和反应热等参数对线路板颗粒温度变化的影响,并通过热重实验对模型进行验证分析.结果表明:在热解过程中,越靠近颗粒中心的部分,比热容变化对颗粒温度变化的影响越明显;在考虑与不考虑比热容变化两种条件下,线路板颗粒温度偏差最大可达21%;线路板颗粒导热系数存在各向异性特点,对于不同区域,y方向和z方向导热对温度变化的影响效果不同;实验与模拟热重曲线的热失重率差仅为9.78%,表明该传热模型设计较为合理.     

生物质热解特性的热重分析

用热重分析法对木屑（柳桉，水彬）和造纸厂污泥的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了3种样品在不同升温速率（10－30℃/min)和不同粒径（0.09-0.25mm)下的实验结果，发现样样品的非等温失重过程由脱水，保持，剧烈失重和缓慢失重4个阶段组成。当粒径小于0.25mm时，对热解过程影响不大。在实验的基础上，提出用来表征热解难易程度的热解特性指数P。用改进的Freeman-Carroll方法计算出样品的热解动力学参数，并根据实验结果和动力学（参数）补偿效应，建立起柳桉和水杉在不同升温速率下的动力学参数的预防方程。     

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.     

草(木)本中药材废渣热解特性差异的初步研究

我国中药企业每年产生大量中药材废渣,其中大部分均作为废弃物丢掉,既造成资源损失和浪费,又污染环境.中药材废渣热化学利用是中药材废渣资源化利用的有效途径.本文以中药有效成分提取过程中产生的中药材废渣为研究对象,利用热重分析法(TGA)研究草本(柴胡)与木本(川木通)中药材废渣在不同粒径和不同升温速率下的热解特性差异及动力学规律.研究发现：柴胡药渣与川木通药渣表现出明显不同的热解特性,并从其内在金属元素的量变迁对其各自的热解特性给出了相应解释说明.最后,基于热重实验给出了柴胡与川木通药渣的热解动力学参数.     

轮胎原料胶体的热解特性研究

提出热解可以作为废旧轮胎资源化处理的重要途径,选择轮胎原料胶体为对象,对其进行热重实验和固定床热解实验.结果表明:样品的失重温度区间在200~500℃之间,总失重率约为66%.热解实验发现,热解气主要由甲烷、氢气和二氧化碳组成;热解油的主要组成为单环芳香烃苯系物和含量高达19.77%的D-柠檬烯等较高价值的化合物.     

城市固体废弃物混合热解特性及动力学

在研究城市固体废弃物(MSW)典型成分单组分失重规律的基础上,对两两组分混合热解相互影响进行了实验研究.结果表明:白菜、纸板和棉布热解主要分为3个阶段,而聚氯乙烯(PVC)和废轮胎的热解规律较复杂,但其热解过程可等效地看作2个和3个阶段,二者在前2个阶段失重率已经分别达到了100%和88%;两两组分混合后,对应阶段热解温度范围与单组分相比变化不大,而混合后热解速率则受到较大影响,说明所选组分两两混合对各单组分热解温度影响不明显,而热解产物或残留物可能会促进或抑制混合物的分解.根据单组分和混合组分原料的失重规律采用Coats-Redfern法分阶段进行动力学计算,结果表明:拟合曲线线性度很好,说明各单组分和混合组分热解过程分阶段处理是合理的;对于PVC和废轮胎单独热解和两两混合热解,将失重曲线上一些联系紧密的失重峰看作同一个失重阶段进行处理可获得更好的拟合线性度.     

劣质混煤的热解与燃烧特性

利用热重法研究了洗选煤矸石与洗中煤混合而成的劣质混煤的热解与燃烧特性,获得了着火温度、燃尽温度、综合燃烧特性指数、燃尽指数等特征参数,通过动力学分析得到了活化能与频率因子等参数。研究结果对优化循环流化床锅炉的运行、节约燃料减少污染排放具有重要意义。     

火场胶合板热解燃烧特性热重模拟试验研究

 火场可燃物热解燃烧过程是火灾的初始阶段,直接控制着火过程。本文采用热重分析仪,通过中途变换气氛对胶合板在火场中的热解燃烧行为进行了热重分析和差热分析研究。结果表明,在胶合板的第1热解阶段结束前变化气氛对热解过程影响不大。在第2热解阶段将空气变为氮气后,胶合板热解失重趋势立即沿氮气气氛下趋势进行;将氮气变为空气后,热解迅速加快,最终失重率与空气气氛下相同。     

城市污水污泥热解动力学研究

采用热重分析法对南京市江心洲污水处理厂的污泥进行了热解动力学研究．实验结果表明：干燥污泥的热解在以20℃／min的升温速率从20℃升至800℃的过程中有3个失重速率较高的阶段,以挥发分析出阶段为主．通过Coat s-Redfern指数积分法,求出了这3个阶段的化学反应动力学参数——频率因子A和活化能E,得到污泥的热解动力学方程．     

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。     

麦秆热解机理研究

采用热重法对不同加热速率、氮气气氛条件下的麦秆失重行为进行了研究.研究发现,麦秆失重主要由水分析出、有机物热解和无机物分解等3个阶段组成,其中在无机物分解阶段还伴随有轻微的炭化;此外,随着加热速率增加,有机物分解的初始温度、终了温度、峰值失重速率对应温度等相应增加.利用双外推法推断了麦秆中有机物热解的最概然机理函数,发现麦秆热解可以用二级反应机理进行模化,同时,确定了麦秆热解的活化能、指前因子等反应动力学参数.对利用双外推法得到的模型计算结果与实验结果进行了对比.结果表明,两者之间符合较好,但仍存在一定偏差.对引起偏差的原因进行了分析.     

几种典型农作物生物质的热解及动力学特性

利用热重法研究了4种典型的农作物生物质(稻壳、稻草、玉米芯、玉米杆)的热解与动力学特性,并和煤矸石、污泥进行了比较分析.结果表明,其热解过程可以分为3个阶段:预热干燥阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段.热解失重主要发生在挥发分析出阶段.由于实验样品农作物生物质的高挥发分、低固定碳,其热解比较彻底,综合热解特性指数依次为稻壳<玉米杆<稻草<玉米芯;同时,在热解前期,挥发分剧烈析出,有明显的失重峰且活化能较低,热解后期失重峰不明显,活化能变高.而对于煤矸石,在热解初期,由于灰分在一定程度上阻碍了挥发分的扩散,使挥发分不易析出,并在热解后期存在二次反应.污泥的热解特性与生物质相似.4种物质除稻壳和玉米芯的热解第1阶段遵循相界面R2模型,其余各生物质和各阶段均遵循一级反应模型;而煤矸石在热解初始阶段服从三维球对称扩散机制,热解后期服从级数为3/2的热解反应,污泥服从简单反应级数机理.     

热重分析方法研究印尼煤掺混烟煤的热解特性

印尼煤是我国东部沿海地区火电厂燃用的重要煤种之一。本文利用热重分析方法研究印尼煤以及其它三种烟煤的热解过程,并以印尼煤为基煤与其它烟煤按不同比例进行掺混。研究掺混后混煤热解反应过程,用热解反应动力学方程研究混煤热解特性,提出合理的印尼煤掺混烟煤配比方案,这为燃用印尼煤与烟煤混煤的实际工程应用提供可靠依据。     

生物物理预处理污泥热解特性及动力学分析

利用污泥生物物理预处理,获得新型干化颗粒化产物.在不同升温速率条件下,采用热重-差式(TGA-DSC)型热分析仪研究从30 ℃升温至900 ℃时,生物物理预处理污泥的热解规律;同步连接质谱,在线监测热解气释放,研究各物质组成的热分解特性,并通过动力学方程表征生物物理预处理污泥的热解反应机理.结果表明:表观活化能分别为25.46,14.48,48.15,85.22和 60.16 kJ·mol^-1;氢气释放主要在450,700 ℃附近,分别由热挥发作用和成焦作用所致,其中,成焦过程为主要因素;甲烷在450 ℃附近呈现单峰分解的规律;CO₂在350,450,700 ℃附近分3阶段释放.     

福城煤的热解动力学研究

通过热重分析法对福城煤的热失重行为进行研究,并用Coats-Redfern法计算和比较不同升温速率下煤的热解反应活化能、指前因子.结果表明,升温速率对样品最终失重量没有明显影响;最大失重速率峰随升温速率升高向高温偏移;较低升温速率下热解反应受煤的结焦影响较大.福城煤热解可由3个独立的一级反应来表示;随着升温速率的增加,中间阶段活化能降低而第三阶段活化能增加,活化能与指前因子间存在动力学补偿效应.     

剩余污泥的热解反应动力学研究

采用差热天平对南昌市青山湖污水厂的2种剩余污泥(消化前和消化后)进行TG-DTG-DSC实验。实验结果表明:未经消化的干基污泥的热解过程中有2个失重峰值。利用实验结果对2种干基污泥的热解表象及其动力学规律进行了研究。求解了2种污泥的化学反应动力学参数———频率因子A、活化能E及反应级数n,得到热解动力学方程。     

酚醛树脂保温板热解动力学研究

采用热重分析仪研究酚醛树脂保温板粉体热解行为.采用FWO法探讨活化能分布,机理函数法确定热解动力学模型.结果表明:10 K/min的升温速率下,酚醛树脂保温板粉体热解过程可分为三个阶段.低于180℃,粉体表面吸附水份受热脱附蒸发过程,失重约10％,符合一维扩散的D1机理函数模型,活化能约25 kJ/mol;180～408℃,交联网络的分解和主聚合物链的随机断裂,同时释放出低分子烃类挥发物,失重约32％,符合二级化学反应模型,活化能约为58 kJ/mol;408～800℃,芳香族组分分解,失重约28％,遵循三维扩散、球形对称模型,活化能约为67 kJ/mol;剩余固体物为炭,约占30％.DTG曲线出现多峰,证明酚醛树脂保温板热解是个复杂过程;随着升温速率提高炭得率略有增加.     

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。     

开滦炼焦煤焦化特性研究

通过实验数据，对开滦矿区炼焦煤的焦化特性进行了分析评价。