单颗粒煤粉热解时焦油的二次反应和扩散

建立了数学模型来研究单颗粒煤粉热解时焦油的生成规律。该模型基于碎片化与扩散(FD)煤热解模型,考虑了一次气体产物在颗粒内部的二次反应和扩散,用沉降炉热解实验验证了模型的正确性。用该模型研究了热解终温、加热速率和颗粒粒径对杨村煤热解时焦油生成的影响。结果表明:二次反应和扩散之间的竞争对焦油的生成有很大影响。热解终温和加热速率的上升会促进焦油的二次反应和扩散,对二次反应的促进作用更强。颗粒粒径的增大会促进二次反应,阻碍扩散,因此对二者之间的竞争影响更大。热解终温的上升、加热速率的上升和颗粒粒径的增大都会降低最终的焦油产率。     

管式炉中温度对玉米秸秆慢速热解特性的影响分析

热解终温和升温速率是玉米秸秆热解的重要影响因素。基于玉米秸秆慢速热解原理,采用热重和管式炉热解取样方法对玉米秸秆的慢速热解特性进行实验分析。取升温速率(20℃/min,30℃/min,40℃/min,50℃/min,60℃/min)和终温(300℃,400℃,500℃,600℃,700℃)作为影响因素,以热解产物(残炭、生物质焦油和热解气体)的产率作为评价分析指标,并对不同终温条件下的热解气体成分进行定量分析。试验结果表明,随着升温速率的增加(20~60℃/min),残炭产率和气体产率略有变化;而焦油产率有较大幅度的提升,可从12%提升至18%。热解终温的升高,使固体残渣中的挥发分进一步析出,残炭产率下降;终温为600℃时,焦油产率达到极大峰值,最高可达18%,峰值温度前,焦油产率随终温的增加而增加,当终温大于峰值温度后,焦油产率迅速减少;气体产率随温度的升高而增加,热值也随之增加,在700℃时,低位热值为10.22MJ/Nm~3。     

城市生活垃圾筛上物的热解研究及实验

对城市生活垃圾场筛上物垃圾进行热解实验，研究特定垃圾的热解过程及其规律．实验采用热解终温为550℃和700℃，热解物料为原始筛上物垃圾和加入热解残炭的筛上物垃圾，实验设备为间歇运行的固定床式热解炉．实验结果表明：热解终温700℃与550℃相比，热解产物中固体和液体的产率降低，瞬时产气速率和气体产率均升高；瞬时产气速率曲线与瞬时耗电量曲线形状一致，迟滞时间为5～10min；物料底部热解产物焦炭存在与否对热解得到的固液气产率、产气特性和能量消耗等方面几乎没有影响．     

含氯有机废料资源化处理基础研究I. PVC固定床热解脱氯反应特性

在10g固定床反应器中对PVC在惰性气氛下的热解脱氯特性及有关工艺参数进行考察，并研究了热解终温（FPT）对PVC热解产物产率的影响。实验结果表明，在温度为300℃，反应时间为3h，升温速率为5℃/min条件下，PVC中大部分的氯可脱除，脱氯率可达90%，另有约10%的氯残留在液体产物及固态残渣中，且升温速率越慢，分解程度越大，反应的起始分解温度也越低。随着热解终温的提高，可燃气体率增大，焦油和残渣产率则减少。     

温度对原油四组分高压热解性能的影响

在30 MPa压力下对塔里木原油四组分进行封闭体系的热解实验,通过气相色谱(GC)和气相色谱/质谱(GC/MS)分别对原油四组分热解反应的气体产物及饱和分热解过程的液态产物进行分析.结果表明:原油四组分热解气体产物中C1组分产率明显高于C2~C5组分,气体产物中C1~C2组分的产率及气体总产率随热解温度升高而增加;在温度高于450℃时,四组分总产气率的大小顺序为:沥青质饱和分芳香分胶质.随热解温度升高,饱和分中的主要组分C12~C18的反应程度加剧.在410℃时,饱和分热解以裂解反应为主,在大于490℃时,裂解和缩合反应程度都在增加,导致气相产物的产率提高及液相产物中主要组分向大分子烃类转移;且温度升高,液态产物分布的离散程度增加.     

采用TG-FTIR联用研究烟煤热解及热解动力学参数的确定

研究煤热解时的组分析出规律对进一步研究低NO燃烧或煤粉再燃时的均相NOx还原反应来说都是非常重要的.采用TG-FTIR实验装置对两种中国烟煤在不同升温速率(10,20,50和80 ℃/min)下的失重及气体释放规律进行了研究,并将实验数据与FG-DVC软件的模拟结果进行了对比.通过对比发现,其中一种烟煤的模拟结果与实验数据比较相符,但另一种烟煤的模拟结果与实验数据偏差较大.偏差主要是由于FG-DVC模型中提供的有关动力学参数不准确所导致.基于FG-DVC模型的假设,官能团热解形成的轻气体产物的释放过程可以用一系列平行独立的单方程模型描述,应用FTIR的实验结果对热解气体组分的动力学参数进行了修正.采用修正后的动力学参数,FG-DVC能更准确的模拟该煤的热解过程.     

煤颗粒热解过程中孔隙分形维数变化的数值模拟

为研究煤粉热解过程中孔隙分形维数的变化规律,更好地预测煤焦的燃烧行为,建立了基于颗粒分形孔隙的热解模型,对煤颗粒热解过程中孔隙分形维数的变化进行数值模拟.模型生成的颗粒在孔隙分形维数、孔隙率和颗粒密度方面与真实的煤粉颗粒相同.模型中采用官能团的裂解来描述热解中的化学反应,颗粒的膨胀由气体压力造成,热解模拟条件与沉降炉的实验条件相同.与实验结果相比,数值模拟能够定性地反映煤粉热解过程分形维数的变化规律.     

基于氢谱核磁技术的桦甸页岩油化学结构特性分析

对桦甸油页岩进行不同终温的干馏实验收集页岩油,通过对不同终温的页岩油进行氢谱核磁实验分析,以期考察油页岩干馏过程中热解产物所发生的物理化学变化,为油页岩干馏工艺提供数据支持。分析结果表明,随着热解终温的升高,芳烃百分含量略有减小,其中单环芳烃含量随着温度的升高而减小,多环芳烃含量则逐渐增加。环烷烃相对百分含量随着温度的升高而减小,链烷烃含量也呈增加趋势。干馏过程所生成页岩油的化学结构组成发生复杂的化学变化,且随干馏终温的变化影响着页岩油化学结构参数,如烷基侧链的脱除、芳香环的缩合反应、环烷环的脱氢反应与断环反应等。     

木材燃烧时Φ和Ts对CO释放特性的影响研究

利用自行设计的“烟气发生装置—二次加热装置—Fourier红外变换气体分析仪(FTIR)”联用实验系统对木材燃烧时产生的烟气中的CO气体进行了实时在线的定量检测．结果表明木材燃烧时CO的释放明显呈两个阶段：燃烧前期的有氧热解阶段和燃烧后残炭的不完全氧化阶段．在小尺寸火灾模型中，二次加热温度T _s和燃空比Φ是影响CO释放过程和产率的主要因素．证实了烟气温度偏低是导致小尺寸火灾试验中CO产率较真实火灾中偏低的重要原因，适当提高烟温可以显著提高CO产率，但过高的T _s又抑制了CO的生成．     

微波破解污泥的固定床热解实验研究

为了解微波破解对热解过程的催化作用,通过污泥固定床热解实验,利用称重法获得热解产物的产率,通过傅里叶红外光谱仪（FTIR）、微型气相色谱（micro GC）和气态色谱-质谱仪器（GC-MS）联用等分析手段,分析固态、气态、液态产物成分.对污泥热解与微波破解污泥的热解进行了对比实验,不同终温下的三态产物产率的变化表明：普通污泥热解难度降低,深度得到加强.GC-MS分析发现：污泥热解生物油中多以单环芳香化合物和含氮芳香化合物为主;而热解生物油成分发生了较大改变,含氮芳香化合物含量增加,400℃下,胺和酮的质量分数分别提高了152%和118%.Micro GC分析发现：相对普通污泥,微波破解污泥在较低终温下气体产率更高,而最大产率没有提高.FTIR光谱对比分析显示：微波破解处理的污泥热解残渣中烷烃、烯烃、醇、酮有机物含量均比普通污泥低.     

CO2吸附剂对生物质催化热解制取富氢燃气的影响

使用常压双颗粒流化床反应器,对稻壳生物质进行了添加CO2吸附剂的催化热解研究.结果表明:CO2吸附剂CaO和Ca(OH)2可明显促进生物质催化热解初期热解产物的二次反应,使产物向产氢方向移动.添加CaO时,产氢量随CaO添加量的增加而增加;而随Ca(OH)2添加量的增加,富氢燃气产物中氢气的体积分数和产氢量均有峰值出现.同时,Ca(OH)2在催化热解过程产生的H2O可作为生物质二次反应和水煤气变换反应(WGS)的反应物,从而进一步提高热解产物中氢气的产量.     

RESEARCH ON REUSE OF PAPERMAKING LIGNIN-CONVERSION OF LIGNIN TO BTX BY CATALYTIC PYROLYSIS IN A POWDER PARTICLE FLUIDIZED BED

INTRODUCTIONPlant consists essentially of three main polymers:lignin, cellulose, and hemicellulose, which are themost abundant and renewable hydrocarbon resourceson the earth. The annual yield of rice straw, wheatstraw, bagasse, reed, and bamboo in our country hasexceeded 1 billion tons. 30% of the yield of ricestraw and wheat straw are used for papermaking, which occupy 70-80% of the raw material. However, it is the difficulty in papermaking waste liquid treatment as well as the lack of c…     

考虑热解产物组分的煤粉着火燃烧数学模型

建立了球坐标系下考虑煤粉挥发分释放、传热、传质和化学反应全耦合的单颗粒热解、燃烧瞬态数值模型,并对陕西神木烟煤的着火、燃烧特性进行分析.结果表明,单颗粒煤粉的着火始于挥发分,且受氧气扩散速率的控制,挥发分火焰能够到达距颗粒中心约29倍颗粒半径的地方.当煤粉热解完成时,炭粒表面生成的CO被引燃,火焰退回炭粒表面附近而使炭粒快速升温,燃烧进入表面氧化反应控制状态.随着燃烧速率进一步提高,炭粒燃烧又开始受到表面还原反应的控制,火焰再次离开炭粒表面.
     

重质有机资源热解过程中的自由基化学

热解是煤炭、油页岩、重油、生物质以及有机废物等重质有机资源生产燃料和化学品过程中的重要步骤，不仅存在于非催化过程，也存在于催化过程。热解工艺有很多种，但其化学反应主体是自由基机理。针对文献在自由基机理这个宽泛概念下缺乏对自由基反应内涵的认识的现状，作者团队自2007年起开展了对煤、油页岩、重油、生物质等热解过程中的自由基行为研究，明确了文献中的一些不确切推论，形成了系统性认识，逐步建立了热解过程中的自由基化学体系。本文将介绍这些研究的主要进展，包括活性自由基与稳定自由基的确定、赋存状态及在热解过程中的作用、稳定自由基与缩聚反应和积炭的关系、催化剂积炭的形态与稳定自由基的关系、自由基诱导热解与反应调控等等。     

Pretreatment of biomass by torrefaction

Agricultural biomass has some drawbacks such as high moisture content, low energy density and wide distribution and as a result, the cost of transport and storage are high. Moreover, raw biomass has poor grindability so its use in a pulverized boiler or entrained flow gasifier is difficult. Torrefaction is a mild pyrolysis process carried out at temperatures ranging from 200°C to 300°C to deal with these problems. The cotton stalk and wheat straw were torrefied in a fix-bed reactor at moderate temperatures (200°C, 230°C, 250°C, 270°C and 300°C) under N₂ for 30 min. The biomass chars after torrefaction had higher energy density and improved grindability characteristics compared with raw biomass and they also showed hydrophobic characteristics. The volatiles consist of a condensable fraction and a non-condensable fraction. The former mainly contained water and tar (organic products but mainly acetic acid). The non-condensable products are typically comprised of CO₂, CO and a small amount of CH₄ and even trace H₂. The volatiles increased with an increase in the torrefaction temperature but the solid yield and the energy yield decreased. However, the grindability and energy density of the biomass char showed great improvement. A kinetic study on the generation of the main non-condensable gases was undertaken and we conclude that the gases are formed by parallel independent first-order reactions. Characteristic kinetic parameters for the generation of each gas were determined.     

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。     

生物质闪速热解挥发与温度的关系

分别在750K,800K,850K,900K温度下,对几种典型生物质材料在层流炉上进行了闪速热解挥发实验,利用灰分示踪法测定了挥发百分比,根据实验结果,分析了温度与生物质挥发百分比的关系,结果表明,挥发百分比与温度存在着一定的函数关系,为进一步研究生物质闪速热解液化提供了一定的理论基础。     

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．     

气流床气化炉气化过程的分区模拟

基于气流床气化炉的三区及短路混合模型,将气化炉炉内空间按流场-化学反应特征划分为燃烧区、射流区二次反应区、回流区二次反应区和管流区二次反应区。对一次均相反应采用Gibbs平衡模型,二次均相反应、非均相反应采用动力学模型进行了模拟计算,得到了气化炉中各分区的温度和气体组成,并将其结果与Gibbs平衡模型的计算结果进行了对比,吻合良好;在气化炉适宜的操作温度范围内,采用该模型预测了最优的氧煤比和蒸汽煤比的调节范围。     

移动床粉煤干馏炉一维数学模型的建立

以煤气-煤-循环灰三相传热机理和煤热解反应方程为依据,建立了以高温循环灰为热载体的移动床粉煤干馏炉的一维数学模型。根据不同的操作条件,分别对三相温度轴向分布规律和煤热解产物产率进行了模拟计算,微分方程组采用等步长的四阶Runge-Kutta数值积分方法进行求解。结果表明,煤颗粒在进入干馏炉后被快速加热,对于小粒径煤,升温速率可达600 K/min以上,煤粒径和灰/煤混合比分别对煤粒的升温速率和热解反应温度有显著的影响。