煤中矿物质对煤焦氧化的催化性能在热处理过程中的变化

利用热天平和XRD,考察了蔚县煤和湔江煤镜质组中矿物质在热处理过程中对由其生成的焦反应性的影响．在温度较低时,热处理对焦中的碳结构、矿物质的催化性能影响很小;随着热处理温度的增加,矿物质将逐渐失去催化活性,碳结构则趋于有序化,导致焦反应性的下降．煤种不同,矿物质在煤中的组成及存在形式不同,使其在生成焦中的分布形式及存在状态的不同,对焦反应的催化能力也不同．热处理导致煤焦中碳微观结构的有序化和矿物质催化能力下降,是热处理过程中煤焦反应活性下降的两个主要原因．     

氧体积分数对煤炭自燃诱导过程影响的试验研究

利用热天平缓慢升温法及化学动力学理论研究氧体积分数对蒙混煤低温氧化反应不同阶段的作用效果及活化能的变迁特性,并从反应能垒角度研究氧体积分数对煤炭自燃影响的内在原因.结果表明:失水失重阶段受氧体积分数的影响较小;在氧体积分数为5%~15%时氧化反应阶段和着火燃烧阶段对其变化不敏感,当氧体积分数从15%增大到20%时反应活性增强;5%氧体积分数下着火燃烧阶段的最大反应速率和燃烧放热量分别约为20%氧体积分数下的11%和60%;氧化反应初期5%、10%和15%氧体积分数下的反应活化能分别为20%氧体积分数下的2.40倍、2.11倍和1.56倍;当氧体积分数为15%~20%时,煤样氧化反应的活化能随反应的进行持续减小,其自燃过程具有氧化自加速性;当氧体积分数为5%~10%时,氧化反应末期的活化能大于氧化反应中期,氧化反应受到抑制.     

NO2-O2气氛下柴油机碳烟氧化特性及氧化机理

通过热重分析仪及无模式函数法研究了柴油机碳烟在O_2、NO_2-O_2气氛下的氧化特性及氧化机理,并探究了NO_2对碳烟氧化反应的影响机制.结果表明:在10%O_2中添加0.1%NO_2降低了柴油机碳烟氧化反应的起燃温度和燃尽温度,并且NO_2对上述氧化反应特征温度的影响效果随升温速率(10℃/min、12℃/min、15℃/min)的增加而提高;添加0.1%NO_2促进柴油机碳烟氧化反应的进行,显著降低氧化反应本征活化能;柴油机碳烟氧化过程可分成氧化前期、氧化中期及氧化后期3个阶段;随碳烟失重比的增加,碳烟氧化反应有效活化能先增后减再不变,其原因为本征反应和气体扩散作用对氧化速率影响效果的此消彼长;碳烟失重比小于65%时,NO_2能够降低碳烟氧化反应有效活化能,碳烟失重比大于等于65%时,NO_2对有效活化能的影响逐渐消失.     

柴油机颗粒物催化状态热重特性及热动力学分析北大核心CSCD

在加入触媒Co3O4及CeO2情况下,对柴油机颗粒物在10.3%氧质量分数氛围下的氧化特性进行热重分析试验,并基于Flynn-Wall-Ozawa算法得到颗粒物干碳烟成分的氧化活化能。研究结果表明:柴油机颗粒物的失重主要由低温区SOF的挥发及氧化与高温区碳烟的氧化两阶段组成,试验样品颗粒物中2种组分含量分别约为32%和63%。触媒主要促进碳烟组分的氧化过程,对SOF的挥发及氧化影响甚微。以未添加触媒的颗粒物热重特性为参照,按触媒(Co3O4和CeO2)10%、15%、20%质量分数增大的趋势,碳烟氧化的起燃温度、失重速率峰值对应的温度和燃尽温度均随之降低,且最大失重率增加;添加Co3O4和CeO2后颗粒物的峰值失重速率分别低于和高于基础参照对象。触媒的加入可明显降低颗粒氧化的活化能,在分别添加10%和15%Co3O4后,颗粒氧化活化能由215.8kJ/mol分别降为190.2kJ/mol和167.8kJ/mol。     

多联产半焦燃烧特性的热重研究

利用热重分析仪对热-电-气-焦油多联产工艺中煤干馏半焦的燃烧特性进行了分析,采用可燃性指数Kr、燃烧特性指数S、燃烧稳定性指数Rw、燃尽特性指数Cb及样品反应活化能考察了干馏温度对半焦燃烧特性的影响.结果表明:随着干馏温度的升高,半焦的着火性能、燃烧稳定性及总体燃烧性能变差,燃尽性能变佳,燃烧活化能增加;半焦的燃烧反应可用一级反应来描述,4种半焦的活化能在88.72～112.83 kJ/mol范围内.     

生物质与煤富氧混合燃烧特性研究

采用热重分析仪研究了棉秆、玉米芯和大同煤以及它们之间混合燃料的富氧燃烧特性。分析了富氧条件混合燃料的燃烧特征参数,如着火温度、峰值燃烧速率及其对应温度、燃尽温度及综合燃烧特性指数。采用Coat-Redfern法计算混合燃烧动力学参数。结果表明:在O2/CO2气氛下,提高氧气浓度可以改善生物质与煤混合燃料的燃烧反应,降低燃尽温度,使混合燃料的燃烧反应向低温区域移动;燃烧反应活化能在挥发分析出和固定碳燃烧的两个阶段均增大;但生物质与煤的掺混比例在30%情况下,氧气浓度的变化对混合燃料的着火温度的影响规律并不明显。在50%O2/50%CO2气氛下,随着生物质比例的增加,所有特征参数向低温区域前移,混合燃料燃烧反应活化能在挥发分析出阶段逐渐减小,在固定碳燃烧阶段逐渐增大。Coat-Redfern模型可以较好的描述棉秆或玉米芯与大同煤混合物在空气或富氧条件下的主要燃烧过程。     

乙烯/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

采用乙烯/氧气/氩气预混燃烧系统和毛细管取样系统并结合多种先进分析技术,研究了预混火焰燃空当量比对碳烟颗粒表面官能团及其氧化活性的影响.结果表明,随燃空当量比的增加,碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团和含氧官能团(C—OH和C=O官能团)的摩尔分数均呈下降趋势;而碳烟颗粒的氧化反应特征温度和表观活化能呈增大趋势,表明在较大燃空当量比下所生成碳烟颗粒的氧化活性较低;碳烟颗粒表面官能团对氧化活性有着直接作用,表面官能团含量越多,其氧化反应活性越高.碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团对其氧化活性影响相对较大,而含氧官能团影响相对较小.     

煤和石油焦气化过程中汞的挥发特性

针对胜利褐煤、府谷烟煤、高平无烟煤、金山石油焦和燕山石油焦等5种样品,研究了煤和石油焦的气化率及汞的挥发特性.结果表明,H2O气氛下的气化率和汞的挥发率大于CO2气氛下的气化率和汞的挥发率;煤和石油焦中水分含量的增加促进了原料的气化;随着气化率的增加,汞的挥发率增大;煤中汞的释放主要发生在气化前期,石油焦则在气化后期释放汞;随着煤和石油焦中S质量分数的增加,汞的挥发率增大;煤和石油焦共气化时的气化率和汞的挥发率均介于煤和石油焦单独气化时的气化率和汞的挥发率之间.     

O_2/CO_2气氛下碳烟氧化的反应动力学研究

利用热重分析对典型碳烟在O_2/CO_2气氛下氧化的动力学特性进行研究,对比了其与O_2/N_2气氛下的差异,并重点考虑了O_2体积分数的影响,建立了富氧燃烧条件下碳烟氧化反应的表观活化能E和频率因子A与O_2体积分数的定量关联机制.结果表明:与O_2/N_2气氛相比,O_2/CO_2气氛下碳烟氧化的起始和结束温度均较高,综合反应指数降低;O_2/CO_2气氛下,随着O_2体积分数增大,碳烟氧化的TG-DTG曲线向低温区移动,起始和结束温度均降低,最大失重速率增加,综合反应指数显著提高;碳烟氧化反应的E与A之间总是存在显著的"动力学补偿效应",当O_2体积分数低于20%时,E和ln A均与O_2体积分数呈正相关,而当O_2体积分数高于20%时,E与A随O_2体积分数的变化不显著.     

热老化对炭黑颗粒氧化特性影响的试验研究

基于热重分析仪,首先开展不同热老化温度、时间、氧气质量分数的热重试验,并分别采用微分法(Achar-Brindley-Sharp-Wendworth,ABSW)和阿仑尼乌斯法(Arrhenius)进行氧化动力学分析。结果表明:当老化温度区间在325～400℃时,随着老化温度的增加,活化能从181kJ/mol降低到170kJ/mol。随着老化时间的增加,颗粒的活化能从180kJ/mol降低到172kJ/mol之后在172kJ/mol保持不变。当老化氧气质量分数低于5%时,随着老化氧气质量分数的增加,活化能逐渐升高到188kJ/mol;而高于5%时,活化能从188kJ/mol降低到170kJ/mol。此外,基于高分辨透射电镜对炭黑颗粒的微观结构分析发现,随着老化温度、时间及氧气质量分数的降低,基本碳粒的壳结构更加趋于有序化,石墨化程度相对较高,氧化活性较低。     

生物质热重实验及动力学分析

采用热重分析方法对黄桷树的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了试样在不同粒度(0.83,0.12,0.075mm)和不同升温速率(10,15,20,25℃/min)下的实验结果。结果表明:样品的失重过程由干燥和初挥发段、升温段、热解段和炭化段4个阶段组成;在升温速率一定的情况下,随着试样粒度的减小,试样在干燥和初挥发段失水明显、热解起始温度降低、有利于热解进行;随着升温速率的升高,各个阶段的起始和终止温度向高温侧偏移,且主反应区间也增加。采用Flynn-Wall-Ozawa对试样热解过程进行了动力学分析研究,得到了表观活化能。     

Theory and Applications of Ignition with Variable Activation Energy

The determination of critical conditions for thermal ignition of combustible materials has been traditionally studied by the use of one overall reaction with bounded parameter values for the activation energy and other chemical constants, Significant errors can occur in the values of the threshold parameters for ignition when there are two (or more) simultaneous reactions present with distinct values of the chemical constants. Recent work with simultaneous parallel reactions showed the thresholds for ignition could be lowered in this case. In this paper, motivated by experimental results for forest litter and coal, it is shown that for sequential reactions (different values of parameters in different temperature ranges) that the threshold conditions are changed (safer for lower ambient temperatures and less safe for higher ambient temperatures).The mathematical analysis is summarised and a detailed analysis is given for the forest litter and crushed coal applications. The experimental results show that variable activation energy does occur and that this extension of the classical Frank-Kamenetskii theory is needed. Here the analysis is confined to the slab geometry only but the ideas developed can easily be extended to more general systems, including those involving mass transport, consumption, and phase changes.     

煤焦燃烧动力学参数随煤质的变化

研究了不同煤种煤焦燃烧反应的活化能的变化,发现在环境温度800℃-1100℃、炭粒温度1200℃－1500℃范围内,对于煤焦成份（Can Aad)大于70％的煤种,总反应活化能E的数值随煤种煤焦含量（Can Aad）增加而增加,且有明显的变化规律,当Can ad为70％－96．4％时,E为144－180kJ/mol。定量研究了在此温度范围内煤焦燃烧的氧化与还原两种反应各占的份额,还原反应活化能占总反应活化能的19％－35％;还原反应占总反应的份额为365－78％;此两种份随Can Aad减少而增加。     

Hydrogen generation via hydrolysis of H-CaMg2 and H-CaMg1.9Ni0.1

Hydrogen generation via hydrolysis of hydrides from hydrogenated CaMg₂ (abbreviated as H-CaMg₂ hereafter) and hydrogenated CaMg_1.9Ni_0.1 (abbreviated as H-CaMg_1.9Ni_0.1 hereafter) alloys has been investigated in pure water without addition of any catalyst. Experimental results show that the hydrolysis of H-CaMg₂ is fast when immersed in water with the hydrogen generation yield of 800 mL/g within 1 min. For CaMg_1.9Ni_0.1 alloy, the addition of Ni element spurs the hydrogen absorption at room temperature and significantly enhances the hydrolysis properties with fast and continuous hydrogen release yield of 1053 mL/g in 12 min, which is 94.6% of the theoretical hydrogen yield of H-CaMg_1.9Ni_0.1. The excellent hydrolysis properties of Ca₅Mg₉H₂₈ and the catalytic effect of MgNi₂ particles are further clarified. The fast and constant hydrolysis rate of H-CaMg_1.9Ni_0.1 can reach higher even than 365 mL/(min g) in first 2 min. The apparent activation energy of H-CaMg_1.9Ni_0.1 hydrolysis in deionized water is determined to be 32.9 kJ/mol. The hydrolysis mechanism of H-CaMg₂ and H-CaMg_1.9Ni_0.1 was also discussed.     

多元醇二元体系固-固相变动力学参数确定

多元醇固一固相变动力学的研究能对贮热利用提供理论依据。采用DSC技术研究了三羟甲基乙烷(PG)、季戊四醇(PE)和三羟甲基胺基甲烷(PG)及其PG/TAM、PE／TAM两个二元体系的固一固相变动力学。运用Kissinger及Ozawa方法计算了固一固相变的表观活化能及反应级数，两种方法的计算结果一致，并探讨了活化能与组成变化的规律。     

酒糟非等温热解动力学研究

酒糟气化是酒糟高效利用的一种方式。文章对酒糟的热解行为进行了热重分析研究。在高纯氮气的保护下,将10 mg酒糟分别以10,20,30 K/min的升温速率线性升温到923 K。结果显示,酒糟热分解的主要阶段为453～743 K,试样的大部分失重发生在该区域,失重率达67%以上。使用Coats-Redfern模型拟合方法分析酒糟的热解过程,确定了反应的动力学参数。在此阶段,酒糟热分解的级数为2.1级,表观活化能为69.31 kJ/mol,指前因子为4.92×105min-1。此热解动力学模型可以为酒糟的热化学转化有效利用提供基础数据。     

三种催化剂对半焦燃烧特性的影响

用热天平研究了四种半焦的燃烧特性,结果表明：添加催化剂制得的半焦具有较好的反应活性。炭燃烧反应前需要吸附的氧量也相对较小,具有较小的ＭＩ值;并通过燃烧动力学计算发现添加氧化钙制得的半焦燃烧活性最高;最后,提出了平均活化能的概念来作表示半焦燃烧活性的一个指标,提出了平均活化能的概念来作表示半焦燃烧活性的一个指标,并与其它研究者提出的可燃性综合指标Ｓ进行了比较。     

基于活化能的煤自燃倾向性研究

目前，中国现有有关对煤自燃倾向性研究的鉴定方法存在着一定不足，基于此，以活化能为鉴定指标，从理论与实践两方面对煤自燃倾向性进行具体分析与研究，结果表明，利用活化能相关指标对煤自燃倾向性进行有效鉴定具有一定的实用性与科学性，从而为煤自燃防治措施的开展提供了有力理论依据。     

油页岩燃烧反应活化能不同求解方法的比较

利用热重分析仪在非等温条件下测得的桦甸油页岩燃烧试验数据，分别采用Coats-Redfern法和等转化率法（KAS法）对油页岩燃烧反应的表现活化能进行了求取，并对结果进行了比较。结果发现，用两种方法得出的活化能都表明油页岩燃烧分为两个阶段，且燃烧前期的活化能低于燃烧后期；等转化率法分析的结果表明，油页岩燃烧是一个复杂的多步反应过程，而C-R法将反应的机理简单假设为遵循反应级数模型，本身就存在问题，所以其得出的活化能值可靠性不高。