油砂组成结构及热解特性分析

采用傅立叶红外光谱仪(FTIR)对四种油砂微观结构和官能团进行研究,通过FTIR谱图的分峰拟合处理,对油砂主要官能团进行半定量分析。研究表明：油砂由芳香烃、脂肪烃、羟基官能团和含氧官能团等组成,其中芳香烃结构和醇类化合物为主。利用TGA/DSC1型同步热分析仪和傅里叶变换红外光谱仪(TG-FTIR)进行了油砂热解特性实验,考察了升温速率对热解特性的影响,探究了油砂热解过程中挥发分的析出规律与主要气相产物H2O、CO2、CO、CH4、CnHm的释放特性。结果表明：油砂热解过程分为干燥脱气段、低温热解和高温热解3个阶段,其中有机质挥发分的析出主要发生在低温热解段;随着升温速率的提高,油砂热解产物释放更加集中,热解特性趋好。油砂热解过程中先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的烷基侧链不断脱落、环化及含氧官能团逐渐断裂生成各种烷烃类、羧酸类、醇类和醛类等物质,甲氧基(-O-CH3)、亚甲基(-CH2-)和甲基(-CH3)在低温段(＜600℃)断裂振动生成有机气体CnHm和CH4。     

污泥及其与煤混合物的热解特性和灰熔融特性

采用热重分析法对造纸污泥、市政污泥及其与煤的混合物的热解特性进行了系统研究.揭示了污泥、煤及其两者混合物热解特性的异同,研究了升温速率、掺混比等因素对混合试样热解特性的影响,提出了挥发分综合释放特性指数.研究表明:造纸污泥的挥发分析出特性与烟煤相当,而市政污泥的挥发分析出特性远优于造纸污泥和烟煤;在污泥与煤混合物的热解过程中,2种组分之间的相互作用可以忽略不计.随着升温速率的增加,污泥与煤混合物的挥发分初析温度提高,挥发分最高析出速率和平均析出速率升高.但升温速率对挥发分析出总量没有明显影响.测定了煤灰和污泥灰在不同混合比例下的熔融特征温度,测试结果表明,随着污泥灰比例的增大,混合试样的灰熔点逐渐下降,但由于存在低温共熔现象,不按线性规律变化.     

稻壳和稻草的热重-质谱分析及其反应动力学

采用热重-质谱(TG-MS)联用对比研究了氮气气氛中稻壳和稻草在升温速率分别为5,20℃/min时的热解行为,分析得到了稻壳和稻草热裂解过程产生的小分子气相产物(CO,CO_2,CH_4,H_2)随温度和升温速率变化的释放规律.结果表明:稻壳和稻草的热解过程可分为脱水干燥预热解阶段、挥发分析出快速热解阶段和残余物裂解炭化阶段;稻草热解总失重率约为75%,稻壳约为55%,而且稻草的热解特性指数高于稻壳;稻草热解释放生物质燃气主要成分(CO,CH_4,H_2)的离子流强度明显高于稻壳;用Coats-Redfern法计算生物质的热解动力学参数,表观活化能和挥发分初始析出温度均是稻草稻壳,这与实验结果吻合,表明相同条件下稻草的热解性能优于稻壳.     

酸碱脱灰对煤结构及其热解特性的影响

通过酸碱脱灰制备超纯煤,运用X线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)和热重(TG/DTG)等分析技术研究酸碱脱灰对煤结构和热解特性的影响。研究结果表明:酸碱脱灰达到很好的脱灰效果,煤样灰分质量分数降低到0.5%以下;脱灰处理破坏煤中碳微晶结构,使煤中分子结构有序性减弱;脱灰煤中羟基和甲基、亚甲基脂肪烃类官能团含量减少,Si—O—Si和Si—O基团消失,酚、醚类含氧官能团含量显著增加;脱灰对低阶煤的分子结构影响较大;在热解过程中,脱灰煤的初始分解温度(ts)和最大质量损失温度(tmax)均向低温区推移;灰分脱除降低传质传热的势垒,有助于促进热解反应。     

黄铁矿对煤氧化表面官能团的影响

采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱仪,对添加不同黄铁矿含量的四川地区无烟煤进行了原位漫反射红外光谱测试,利用OPUS软件对实验数据进行处理分析,研究了黄铁矿对煤自燃氧化过程中表面官能团的影响,分析了不同黄铁矿含量的煤样在氧化升温过程中芳烃结构、脂族结构以及含氧官能团的变化规律。发现在煤低温氧化过程中,黄铁矿会促进多种取代芳烃、亚甲基、分子间缔合氢键的产生,同时减少芳香烃C=C双键的消耗;煤分子中亚甲基的消耗量随黄铁矿含量的增加而先减小后增大,分子间缔合氢键的减少量随黄铁矿含量的增加而先增大后减小,黄铁矿添加量为1%时,产生的亚甲基最多,分子间缔合氢键的减少量最大。结果表明,黄铁矿会促进亚甲基、含氧官能团等活性基团的产生,加快煤自燃进程,对煤自燃具有促进作用。     

抗生素菌渣理化特性

以制药厂发酵土霉素、青霉素菌渣为研究对象,利用元素分析仪、原子吸收分光光度计、高效液相色谱仪以及差热-热重分析仪、氧弹热量计和傅里叶红外光谱仪分别对2种菌渣的理化特性进行分析。分析结果表明:菌渣中C,O元素含量较高,质量分数分别达到40%和30%以上,无机成分、重金属含量及多环芳烃含量均较低;菌渣中主要官能团为O—H和C—C,为蛋白质、纤维素等有机物质的特征官能团;菌渣的热解过程可分为3个阶段,第二阶段是热解的主要阶段,为挥发分的析出阶段,另外,土霉素菌渣和青霉素菌渣的热值分别为16.894MJ/kg和17.641MJ/kg。     

蒙西侏罗纪煤低温氧化红外官能团分析

侏罗纪煤成煤时代较新,变质时间较短,与其他时期煤相比,其内在微观分子结构也存在区别。为了弄清楚侏罗纪煤原始煤样及低温氧化至200摄氏度后官能团特性及其变化规律,采集内蒙古西部地区侏罗纪煤层煤样4组作为实验对象,使用Nioclet i S5型傅里叶变换红外光谱仪,采用溴化钾压片法,分别对侏罗纪原始煤样及低温氧化至200摄氏度煤样进行红外官能团实验,并得到对应红外光谱图。实验结果表明侏罗纪煤样在低温氧化过程中(氧化至200摄氏度),羟基对煤氧复合作用有较大影响;脂肪烃是对试样煤样氧化过程中影响较大的官能团之一;含氧官能团参与了实验煤样低温氧化过程,但其影响作用较小;芳香烃对实验煤样低温氧化过程无明显影响。     

钙基添加剂对典型烟煤热解特性的影响

为研究钙基添加剂的种类与添加量对烟煤热解特性的影响,选取万柳煤(WL)作为研究对象,并在其中添加不同比例的CaO、Ca(OH)_2和CaCO_3,利用热重分析仪对其在氮气氛围下进行最终温度为1 000℃的热解实验,对比分析各项热解特性参数的变化情况。试验结果表明,CaO、Ca(OH)_2和CaCO_3均对WL有催化热解作用;Ca(OH)_2对挥发分初析温度的影响最显著;在低温段,CaO与Ca(OH)_2有促进焦油生成的作用,而CaCO_3影响不大;添加适量的钙基矿物质能加快WL的热解速率,过量的钙基矿物质反而对热解速率产生抑制作用;CaO和CaCO_3在添加比例为5%时,热解速率、挥发分释放量以及析出指数最大,而Ca(OH)_2则在添加比例为2%时达到最大;对比各项热解特性参数,添加5%的CaO是最优解。     

济宁矿区埋深影响下粒径对煤自燃倾向性的影响

深部煤层开采过程中,自燃倾向性增大。选取济宁矿区不同埋深煤样进行工业分析,测试表明:随埋深增加,其含碳量、挥发分增大;同条件破碎粒径分布规律表明,随埋深增加,小粒径占比增加,其中深部煤样粒径20μm以下占比最大。针对不同埋深、不同粒径煤样空气中温升氧化产物,傅里叶红外光谱分析表明,随着埋深增加,2 930cm~(-1)处—CH_3、—CH_2逐渐减弱,3 420cm~(-1)处—OH的伸缩振动逐渐增强,含氧官能团增加;随粒径减小,煤活性官能团变化显著,其吸附氧能力增强。热重分析将煤低温氧化分为增重、失重、动态平衡和再增重四个阶段;随埋深增加,初期煤的吸氧迅速增重,随温度升高,其失重明显,后期又快速增重;随粒径减小,煤后期吸氧能力有显著增加,其自燃危险性增大。     

基于热重-傅里叶红外光谱联用的煤矸石自燃特性及微观表征

煤矸石自燃造成严重的环境和生态问题,为揭示煤矸石自燃宏观特性及微观结构之间的关联性,采用热重-傅里叶红外光谱(TG/FTIR)联用技术及自燃程序升温实验,系统研究了煤矸石自燃氧化过程失重率、气体产生率和官能团变化规律及自燃特性。结果表明,煤矸石中存在次甲基、含氧环烷、醚键等桥键和缩合芳环等物质,自燃氧化过程总失重率30.30%.得到了煤矸石自燃过程中7个特征温度,气体脱附、氧化裂解、燃烧和热活化及相变阶段的失重率分别为1.05%,3.27%,20.36%和5.31%.计算得到煤矸石燃料比为0.88,综合燃烧特性指数S为32.34×10~(-11)%2·min~(-2)·K~(-3),说明试样挥发分析出速率快、极易着火燃烧、燃尽性能好,具有较高的自燃氧化及着火燃烧特性。     

稻秆富氧燃烧特性的热分析-傅里叶红外光谱试验研究

利用热分析仪(TGA)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对生物质能稻秆富氧燃烧过程和燃烧产物进行分析,研究不同O_2浓度对燃烧过程的影响。结果表明:稻秆的富氧燃烧过程大致分为释水、挥发分的析出与着火、焦炭的燃烧等阶段。在O_2-CO_2气氛下,随着O_2浓度的增加,焦炭的燃烧会在更低的温度下进行,燃烧特性参数会变好,但其燃烧特性与O_2-N_2气氛下相比会变差。燃烧后释放气体的主要成分是CO、CO_2和H_2O;对残留固体的分析表明,O_2浓度越高时,灰分中C元素的含量也越低,燃烧越充分。     

夏威夷果壳热解特性实验研究

夏威夷果壳是一种农产品加工剩余物,随意处理会造成资源的极大浪费。采用同步热分析仪和红外光谱仪对夏威夷果壳的热解过程进行了研究,使用Coats-Redfern法计算了热解动力学。实验结果表明:夏威夷果壳的挥发分(78.67%)、木质素(42.81%)和C元素(47.45%)含量均较高,其主热解温度区间在275～410℃,热解总失重率为76.31%。随着升温速率的增加,热解反应的活化能和频率因子均增大,分别由58.737 kJ·mol~(-1)、11.689 min~(-1)增加到59.796 kJ·mol~(-1)、43.773 min~(-1),线性拟合系数均在0.99以上。傅里叶红外光谱仪对果壳热解固体产物进行了红外光谱分析,实验还表明夏威夷果壳的热解温度区间在300～500℃,热解过程主要是纤维素、半纤维素和木质素的解聚,与热重分析结果相一致。     

基于热重-傅里叶红外联用的油泥砂热解过程

油泥砂是油田开采、运输、冶炼过程产生的危险固体废弃物,造成了大量的土壤、水体和大气污染,热解是实现油泥砂高效转化利用的有效方式之一。利用热重-傅里叶红外联用分析仪（TG-FTIR）开展了油泥砂热特性机理和产物析出特性研究。结果表明：油泥砂热解过程可分为水分和部分轻质组分析出、有机物质析出、碳酸盐化合物分解3个阶段;升温速率的升高,受传热传质影响,油泥砂内部热滞后现象导致热解失重,热重（TG）和微商热重（DTG）曲线整体向高温区移动;热解过程析出CH₄、CO、CO₂、烷烯烃和芳香烃类等可挥发性物质。     

高温热解神府煤中微量元素释放规律的研究

采用箱式高温电阻炉和小型快速热解设备对神府煤进行热解,系统研究了在950~1 300℃下慢速、快速热解过程中,温度和升温速率等对多种微量元素释放规律的影响.对实验样品的ICP-MS测试结果进行计算,分析了元素的挥发率.结果表明:Cd,Se,As,Ga等表现了较强的挥发性;Zn,Cr,Sr,Ni,Be等次之;Ba,Hf等则表现为不易挥发特性;多数微量元素的挥发性随温度的升高而有不同程度的增加.比较挥发率的数值得出,慢速升温过程中,在950~1 300℃,各微量元素的析出率增加了1%~24%;快速升温过程中,则相应地增加了2%~21%;慢速升温热解时挥发率比快速时高3%~7%.     

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.     

不同变质程度煤在氧化过程中的表面官能团红外光谱定量分析

为研究煤在低温氧化过程中的官能团变化特征,首先利用同步热分析仪对不同变质程度煤样进行程序升温实验,并在特征温度点对其进行恒温氧化处理,然后借助傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对原煤和氧化煤样进行分析,并对红外光谱曲线进行分段分峰拟合,计算各煤样低温氧化官能团峰面积变化和红外光谱结构参数。研究结果表明:在低温氧化过程中煤的羟基和脂肪烃的谱峰强度逐渐减弱,脂肪氢的峰面积占比不断降低,含氧官能团的峰面积占比不断减少,取代芳烃的峰面积则基本不变,同时氧化初期煤分子中芳香核较稳定,不易参与反应;低变质程度煤中脂肪烃多以短链存在,且支链化程度较高;随着煤变质程度加深,煤分子中脂肪氢的峰面积占比逐渐降低,芳香环的聚合程度则不断增强。     

煤和蓝藻的共热解特性研究

采用热重分析法,对神府煤和蓝藻单独热解及共热解(蓝藻掺混比,即蓝藻与干基混合物的质量比为5%,10%,20%,40%和80%)特性进行了研究。研究表明:蓝藻挥发分析出的极值温度比煤低,而且热解速率比煤快。蓝藻组成复杂、挥发分含量高且含有的不稳定键多,所以在较低温度下就会被破坏,从而以较高的速率挥发出去。当蓝藻与神府煤共热解时,低温下蓝藻的挥发分析出后,暴露出来的灰分覆盖在煤的表面,灰分中具有催化作用的碱和碱土金属会加快煤的热解反应,使煤的挥发分提前析出。当蓝藻的掺混比为40%和80%时,协同作用较明显,热解焦的产率比理论值低。     

不同加热气氛下模化城市生活垃圾氯释放特性的研究

在对国内外城市生活垃圾组成及变化规律研究的基础上，配制了能代表我国城市生活垃圾组成特性的模化城市生活垃圾(Model Municipal Solid Waste，MMSW)。采用TGA—FTIR联用技术模拟燃烧、热解工况，研究了不同升温速率、不同中途恒温时间等条件下MMSW的氯释放特性。研究结果表明：MMSW的氯起始释放温度和氯释放终止温度与MMSW热处理的气氛、升温速率均有关系，氯起始释放温度在350～420℃范围内变化；在燃烧、热解等条件下，MMSW中的氯基本以HCl气态形式释放，起始释放温度在燃烧条件下要比无氧条件(热解)下要低20～30℃；升温速率越快，氯起始释放温度越高，氯完全释放的时间间隔越短。研究还表明，在380～420℃恒温时间越长，越有利于MMSW中氯的完全释放。     

低温氧化过程中煤的宏观特性与微观结构变化

为深入研究炼焦煤的低温氧化行为,以瘦煤、肥煤和气煤为研究对象进行了升温与恒温氧化实验,并采用低温氮气吸附仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对氧化后的样品进行表征.恒温实验结果表明:在3种设定温度(95、130、190℃)下,煤所释放的CO有少量来自煤自身的热分解,大部分来...     

煤官能团对煤自燃倾向性的影响

为防治矿井自然发火,剖析煤的自燃倾向性,利用交叉温度点法和红外光谱图分峰拟合分析煤自燃倾向性和官能团内在的联系;通过气相色谱-程序升温、红外光谱等实验,得出当煤自燃综合判定指数I数值越大时,煤自燃倾向性越小;煤中芳香烃-C=C-官能团含量增加,含氧官能团-COOH、-OH含量减少时,煤变质程度在加深,煤的自燃倾向性能力减弱。