典型农业生物质催化气化反应动力学特性研究

以CaO、MgO和Fe2O3为催化剂,用程序升温热重法对典型农业生物质催化气化特性及反应动力学进行了研究.利用均相反应模型和缩核反应模型对转化率与温度的关系进行了拟和计算,得到了谷壳样在4种不同二氧化碳气化条件下热解阶段及焦炭气化阶段的活化能和指数前因子.结果表明,在820～1000℃区间内,添加CaO的谷壳样表观活化能比谷壳的大;而添加MgO和Fe2O3的谷壳样表观活化能与谷壳的相比,分别下降了32.6%和17.9%以上,可以看出3种催化剂催化活性大小顺序为MgOFe2O3CaO,活化能区间范围为15.25～123.74kJ/mol.研究表明在低温区间(热解阶段),反应机理更趋向于均相反应模型,而在高温区间(气化阶段),反应机理更趋向于缩核反应模型.最后给出了谷壳在热解阶段及焦炭气化阶段的反应动力学方程.     

秸秆类生物质热解特性及其动力学研究

该文对秸秆类生物质的热解行为进行了热重分析（TG）和差分热重分析（DTG）研究。加热速率分别为10K／min、20K／min和30K/min，加热终温为1173K；采用高纯氮气做保护气；样品粒径为250μm－1000μm。通过对TG、DTG曲线的分析，深入研究了加热速度、温度、加热时间等对热解过程的影响，建立了北方典型的秸秆类生物质的反应动力学方程，得出了该类物质热解反应动力学参数、表观活化能和频率因子，并提出了相应的热解机理。     

粤西地区生物质热解特性及其动力学研究

以粤西地区生物质稻草、玉米秆、玉米芯、荔枝条及龙眼枝为研究对象,采用TG-DSC实验技术和差减微分法Freeman-Carroll,对其热解特性曲线和机理进行分析并计算热解特性参数及动力学参数。结果表明:试样稻草、荔枝条及龙眼枝均出现1个明显DTG峰,玉米芯出现3个明显DTG峰;玉米秆的半纤维素热解生成的"活性中间产物"再次以几乎相等的热解速率(即等DTG值)发生二次热解生成气体析出,导致在其2个DTG峰之间出现1个近似水平平滑的肩状峰;玉米芯、荔枝条及龙眼枝在高温热解区段出现DSC吸热峰;玉米秆低温段的挥发分初始析出温度、峰值温度以及半峰温度宽度均最小;草本类生物质较木质类生物质易于热分解;玉米秆和玉米芯热解的质量变化所占比例、挥发分综合释放特性指数、活化能及频率因子均随热解温度区段的升高而逐渐增大。     

生物质燃烧动力学特性实验研究

采用非等温热重分析法对农作物秸秆燃烧动力学特性进行了研究。提出了秸秆挥发分析出过程的特性参数，建立了反应动力学方程；测算了反映燃烧性能的燃烧特性指数和反映生物质秸秆燃烧放热特性的差热峰面积指标。结果表明：玉米秸秆和小麦秸秆的挥发分初析温度随升温速度的增加而降低，稻秆的挥发分初析温度随升温速度的增加而增加；3种样品的活化能随升温速度的增加而降低；差热峰面积、燃烧特性指数随升温速度的增加而增大。     

生物质焦油燃烧动力学特性研究

对生物质焦油进行了馏程试验．采用非等温热重分析法研究了生物质焦油及其馏分的燃烧动力学过程，提出其反应动力学方程。根据试验结果探讨了焦油资源化利用的途径，为焦油的综合利用提供了重要的科学参考依据。     

生物质半焦气化反应动力学参数研究

为了得到升温速率对生物质半焦气化反应的影响。利用热重分析仪对玉米秸秆半焦和松木半焦在不同的升温速率(10、20、40、50℃/min)条件下的反应进行研究,得到这两种半焦TG曲线和DTG曲线,曲线表明反应速率会随着升温速率增大而加快。采用未反应收缩核模型得到反应机理函数,分析计算动力学参数。分析发现,随着升温速率的增大,生物质焦发生CO2气化反应的活化能也增加,同时指前因子也随之增大。     

生物质三组分与成型秸秆燃烧特性及反应动力学研究

基于热重分析法,对生物质三组分纤维素、木聚糖、木质素及成型秸秆的燃烧特性及化学反应动力学进行实验研究。结果表明:成型秸秆的燃烧特性是生物质三组分共同作用的结果,其中纤维素和木聚糖燃烧失重都集中在挥发分析出和焦炭燃烧阶段,木质素在本次实验的温度范围内(1400℃)持续失重,高于900℃的温度情况下仍有2个明显的失重峰,成型秸秆具有很好的综合燃烧性能。在270~360℃的燃烧区间内,由实验数据拟合得到数学模型,求解出活化能E,指前因子A,结果显示生物质三组分和成型秸秆均遵循一级动力学规律。在高温燃烧区间内,木质素在900~960℃的温度区间内遵循三级动力学规律,在1130~1200℃的温度区间内遵循四级动力学规律。     

生物质半焦气化的反应动力学

利用热重分析仪研究了CO2气氛下的生物质半焦的反应性。研究发现，所研究的4种生物质半焦都表现出了相同的反应性趋势。其反应性随着转化率的增加而增加。这可能是由于生物质焦样中的碱金属含量，尤其是钾的含量较高的原因。对比生物质气化反应动力学参数研究表明，4种焦样的气化行为可以用收缩核模型来描述，并求出了4种生物质焦样的反应动力学参数。在不同的CO2分压下进行了花生壳焦样的反应性实验研究，发现焦样的反应性正比于反应气体浓度，求出了花生壳焦样的反应动力学方程式。     

生物质及其热裂解产物生物油的特性分析

以红松、白松、落叶松、玉米秸秆等不同生物质为原料,对流化床反应器热裂解制取的生物油进行了研究试验,通过对生物油的物理特性及其成分的分析,得出的实验结果表明:红松制取的生物油品质最好,热值高,含水率低,更适合进一步改性研究和应用,并利用现代精密仪器GC-MS对生物油进行了组分分析,解释了生物油高含氧和高含水特性。     

几种生物质的TG-DTG分析及其燃烧动力学特性研究

采用热重分析技术对木屑、麦秆、玉米秆和玉米芯4种生物质的燃烧特性进行了研究,考察了其着火、燃尽特性和综合燃烧特性,研究了升温速率对生物质燃烧特性的影响,同时在热天平上对其进行了动力学试验研究.研究表明:生物质燃烧过程大致可以分为3个阶段,即水分析出阶段、挥发分析出燃烧阶段、固定碳燃烧与燃尽阶段:生物质具有着火温度低、燃尽温度低、燃尽率高等优点;随着升温速率的提高,着火温度、各试样挥发分最大释放速率、燃尽温度均呈升高趋势,燃烧特性随升温速率的提高而变好.采用一级反应动力学模型和积分法对生物质燃烧动力学参数的研究表明,生物质具有较低的活化能,有利于点燃.     

生物质燃烧的气体产物及动力学分析

采用热重分析法对3种生物质样品进行燃烧特性试验,并利用质谱仪在线监测了燃烧排放的部分气体成分.对生物质样品进行燃烧反应动力学分析,得到相关的表观活化能及指前因子.研究结果表明:燃烧过程可以分为3个温度阶段:①吸附水的析出及铵盐的热分解(室温～150℃);②半纤维素、纤维素及部分木质素的热解(150～350℃);③木质素的热解及焦炭的燃烧(350～600℃).利用质谱仪在线监测了CH4,NH3,H2O,CO2,NOx等气体产物,其质谱曲线与对应的热重曲线相符合,也验证了各反应阶段的假设.     

桉树类生物质热解及产物释放特性研究

采用热重红外联用方法研究不同升温速率下桉树枝和桉树皮的热解特性和热解气体产物的释放特性,对比分析两者的差异性及差异机理。结果表明:桉树枝热解过程主要分为干燥、热解和碳化3个阶段,热解速率较快,气体产物释放主要集中在热解阶段进行,主要气体产物有烷烃、醇、酚、醛、羧酸、酮等多种有机气体产物和少量CO,CO2;桉树皮热解过程分为干燥、进一步干燥、热解反应、碳化及高温持续碳化5个阶段,相比桉树枝热解速率明显较低。桉树皮热解反应阶段在450⁵50℃和650550℃和650⁸00℃两个高温区间存在较为剧烈的碳化反应过程,主要气体产物为CO2和CO。     

木质素模型化合物加氢脱氧反应中产物选择性的影响因素

由于木质素模型化合物是由-OH,-OCH3和苯环构成的复杂结构分子,其加氢脱氧反应有可能沿着多种反应路径进行,因此,提高目标产物选择性是该反应的主要挑战。文章对影响产物选择性的因素进行了综述。首先,讨论了木质素模型化合物加氢脱氧的反应机理和反应路径。其次,从两方面总结了影响产物选择性的因素：一方面是催化剂相关因素,包括加氢脱氧催化剂的主组分、助剂、载体和制备方法;另一方面是反应条件,包括反应温度、氢气压力、反应时间和溶剂。     

生物质热解过程气体产物释放特性的研究

生物质热解是一种重要的热转化技术,同时也是生物质气化、燃烧与液化等热转化过程的初始阶段,因此生物质热解的研究具有很好的理论意义与应用前景。基于这样的背景,选用固定床反应器,以白松、花生壳和稻秸为生物质样品,对其慢速热解的各相产物、产率进行比较,然后对不同生物质的热解气体产物进行分析,最后深入考察碱金属催化剂(K2CO3)对于不同生物质催化裂解过程所产生的影响。结果表明,在相同慢速热解条件下,稻秸的制氢效果最为明显。在加入碱金属催化剂后,发现相较于白松和稻秸,K2CO3对于花生壳的催化制氢效果尤为显著。     

生物质高温分解产物析出特性的试验研究

采用TG/MS联用仪对3种典型生物质(玉米秸秆、玉米芯和稻秆)在高温分解过程中气相产物的析出特性进行了试验研究,分析了温度、升温速率、氧浓度、生物质种类对其的影响.结果表明:轻质组分的析出集中于挥发分大量热解的温度区域,而焦油组分的析出没有明显的温度窗口;升温速率对各产物析出的影响有限,随着升温速率的增大,挥发分析出特性指数增大,活化能降低,更易于产物析出;有氧环境更有利于热解温度区产物的析出,相比有氧条件下氧浓度的改变,产物的析出对有、无氧更敏感;3种生物质的产物析出量受挥发分含量的影响由大到小依次为:稻秆>玉米芯>玉米秸秆.     

废弃柞木段热解特性及其反应动力学研究

以废弃柞木段为研究对象,进行了不同升温速率(5,15,25℃/min)下的热解失重实验以及TG和DTG曲线分析,采用分布活化能模型(DAEM)和一级反应模型研究其反应动力学特性。结果表明,脱水干燥的废弃柞木段热解过程主要分为过渡、挥发分析出和碳化3个阶段,随着升温速率的提高,DTG曲线有向高温侧移动的趋势,不同升温速率下的最大热解速率所对应的温度在360~380℃;采用DAEM得到的主热解阶段活化能为210~260 k J/mol,一级反应模型得到的主热解阶段活化能约为62 k J/mol,两种模型都能够较好地描述废弃柞木段主热解阶段,而DAEM模型更为全面。     

生物质成型燃料热解特性及动力学研究

利用NETZSCH STA409PC型热重-差热分析仪对生物质成型燃料在以10℃/min、20℃/min及30℃/min升温速率下的热解过程进行了热重分析。对TG-T、DTG-T曲线分析,结果表明生物质成型燃料热解过程分为干燥、热解预热、热解与炭化4个阶段,热解过程随着升温速率升高出现热滞后现象。对剧烈失重区间建立了反应动力学模型,求解出此温度区间的表观活化能、频率因子等动力学参数。     

秸秆类生物质燃烧动力学特性实验研究

生物质能的利用越来越受到重视。直接燃烧技术由于其操作简单、取材方便、成本适宜等特点是一种符合我国国情的生物质能利用方式。采用热重分析的研究方法,对水稻秸秆、玉米秸秆和玉米芯三种秸秆类生物质的燃烧动力学特性进行了实验,研究了不同升温速率、氧浓度对不同种类的秸秆生物质燃料燃烧动力学特性的影响,并对着火温度、燃烧稳定性、挥发分析出特性、燃烧特性指数等相关特性参数进行定量分析,为设计秸秆工业锅炉燃烧设备,合理选择生物质种类、优化燃烧、提高锅炉效率提供了理论支撑。     

生物质半焦高温水蒸汽气化反应动力学的研究

利用高温定碳炉研究了1000~1300℃条件下水蒸汽与生物质半焦的反应过程以及反应性.研究结果表明:高温条件下有利于缩短反应时间,提高CO产率;3种生物质半焦的反应性表现出相同的趋势,当转化率在0.3~0.4之间时,生物质半焦的反应性达到最大值,随后又降低;含碳量及灰中金属氧化物含量对其反应性存在一定的影响;生物质半焦的水蒸汽气化行为可以用未反应收缩核模型来描述.在水蒸汽分压不变的情况下,求出了3种生物质半焦的动力学参数,并对比了不同转化率时的动力学参数.     

生物质和石油焦混合反应动力学特征

采用德国NETZSCH公司制造的STA449F3型超高温同步热分析仪器,对生物质和石油焦的催化协同气化特性进行了研究。研究结果表明,生物质对较稳定的石油焦的反应性能具有催化作用,随着生物质配比增加最大反应速率向低温方向移动,并通过理论计算和实验值对比发现生物质和石油焦混合并非简单反应的叠加,而是发生了协同反应。