水洗-烘焙联合预处理对稻壳微波热解产品特性的影响

预处理技术能提高生物质热解产物的品质。本文研究了水洗-烘焙联合预处理技术对稻壳微波热解的产物特性的影响,结果表明:水洗-烘焙联合预处理技术增加了固体产率,而减少了液体和气体的产率;联合预处理技术提高了稻壳微波热解气体产物的品质,气体产物中CO₂含量减少,CH₄和H₂的含量增加,气体产物的热值提高到13MJ/m³;联合预处理技术提高了稻壳微波热解液体产物的品质,增大了液体产物中苯酚类和糖类的含量,减少了液体产物中酸的含量,简化了液体产物的成分。     

预处理对麦秸热解特性的影响及其动力学分析

用热重法分析研究了不同预处理方法(水洗、酸洗、碱处理、微波、超声处理)对麦秸热解过程的影响。结果表明:水洗和酸洗都能够提高热解产物中挥发分的含量;碱处理可以使麦秸热解起始温度和最大热解速率向低温区域移动,并能够明显降低最大热解速率;超声处理可以提高最大热解速率。用单一升温速率法对热解获得的热重-热重微分(TG-DTG)数据进行动力学分析得到了经预处理后,麦秸热解机理发生改变,活化能有所降低,其中氢氧化钠的作用最为明显,将热解活化能从151.44kJ/mol降至84.09kJ/mol。     

预处理稻壳及其与杨树锯末掺混燃烧特性和燃烧动力学分析

采用热重技术对稻壳（DK）和杨树锯末（JM）燃烧进行分析,考察了不同预处理方式对稻壳燃烧特性的影响,并研究了不同升温速率及稻壳和杨树锯末掺混质量比对掺混燃烧特性及燃烧动力学的影响。结果表明：水洗及酸洗可使稻壳燃烧TG-DTG热重曲线向高温区移动,最大失重速率及对应失重温度升高。水洗使稻壳综合燃烧特性指数提高2.5×10^-7~5.9×10^-7%/（min²·℃³）,而酸洗使稻壳综合燃烧特性指数下降11×10^-7~11.9×10^-7%/（min²·℃³）。不同预处理后稻壳在挥发分析出燃烧阶段的活化能高于未处理稻壳,酸洗后稻壳焦炭燃烧阶段活化能降低16.94 kJ/mol,而水洗使稻壳焦炭燃烧阶段活化能升高。提高稻壳添加比例,混合燃料着火温度和燃尽温度降低。随着升温速率的提高,混合样品综合燃烧特性指数和残余率升高。70%稻壳和30%杨树锯末混合燃料在升温速率40℃/min下燃烧产生协同效应。     

煤与稻壳共热解热重分析及动力学

利用热重分析仪对长焰煤和稻壳分别单独及按不同掺混比例进行热质量损失实验研究。通过比较煤与稻壳共热解热质量损失曲线和计算得到的理论曲线发现,添加稻壳对共热解过程有促进作用,在不同的稻壳掺混比例下,共热解过程质量损失率和最大质量损失速率均较理论值有不同程度的增大,推测稻壳掺混对共热解存在促进作用,促进作用与稻壳掺混比例不成线性关系。对煤与稻壳及共热解过程进行动力学分析,获得了反应活化能和频率因子,分析计算热解动力学参数表明共热解过程存在动力学补偿效应。     

烘焙稻壳与不同煤化程度的煤共热解特性

稻壳在250 ℃/30 min条件下烘焙后,与无烟煤、烟煤和褐煤3种不同煤化程度煤进行不同比例的混合,混合物分别进行热重分析和高温共热解特性研究。结果表明：热重分析中,添加烘焙稻壳有利于提高无烟煤和烟煤的转化率,其提高率低于5%,但是不利于提高褐煤的转化率;高温共热解实验中,随着烘焙稻壳添加比例的提高,无烟煤和烟煤与烘焙稻壳共热解固体产物减少,气体产物增加,而褐煤与烘焙稻壳共热解固体产量增加,气体产量略有下降;烘焙稻壳的添加有利于共热解产气中H2组分的增加和CO2组分的减少,通过改变烘焙稻壳在混合物中的比例可以对共热解气体组分进行调节。     

碱金属催化稻壳热解动力学研究

采用热重分析研究了碱金属(K_2CO_3、Na_2CO_3)催化稻壳热解行为,获得热解动力学参数。结果表明,添加K2CO3或Na_2CO_3能够促进稻壳的热解,且热解过程的机理函数仍可用一级化学反应表示;与纯稻壳热解相比,添加K_2CO_3和Na_2CO_3后的稻壳热解失重率分别提高了9.8%和7.8%,表观活化能分别降低了7.5%和1.1%,K_2CO_3对稻壳热解的催化效果优于Na_2CO_3。     

高钠煤中水溶形态钠对热解的影响

为研究新疆准东高钠煤中钠的脱除及水溶性钠对热解过程的影响,采用水洗处理脱除煤中40%钠盐后,在热重分析仪和沉降炉内进行不同加热速率的热解试验,通过热重分析仪、电感耦合等离子发射光谱仪、气相色谱等仪器表征了热解半焦、气体和焦油的产物分配规律和特性。结果表明,在慢速和快速热解条件下,水洗过程均未对热解过程产生影响,水洗前后热解产物分配情况与气体组成基本一致。水洗脱钠工艺与低温热解提质工艺耦合后,脱除了部分煤(焦)中的钠,与原煤焦相比,水洗后的半焦燃烧特性指数提高约30%。     

水热预处理对稻壳焦热电性能的影响

为了探究水热预处理对稻壳焦热电性能的影响,首先通过不同水热温度对稻壳进行改性处理,分析了其燃料特性、官能团以及热解特性。再于550℃下热解,针对热解后的稻壳焦采用工业分析、元素分析、红外光谱（FTIR）分析、X射线衍射（XRD）分析和N₂吸附脱附等方法研究改性前后稻壳焦特性及微观结构。结果表明：水热预处理后稻壳中半纤维素、碱金属和碱土金属大量减少,挥发分含量增加,并获得更多的含氧官能团。经改性后水热稻壳焦比表面积和总孔容积提高,在水热温度为150℃时达到最大比表面积335.1m²/g和最大总孔容积0.173cm³/g。用改性前后稻壳焦作为电极材料,NaCl为电解液,发现改性后稻壳焦输出电压提升明显,在50K温差下,输出电压为67.084mV,比能量为106.7mJ/g,展现了改性稻壳焦作为一种低成本多孔炭优异的热电转化性能。     

酸洗-烘焙预处理对生物质热解产物的影响

选用稻壳为原料,进行酸洗-烘焙联合预处理后,于550℃下热解,详细分析了固、液、气热解三相产物,考察酸洗-烘焙联合预处理对稻壳热解产物特性的影响。结果表明联合预处理移除了生物质中大部分碱金属和碱土金属,并且C元素含量增加,H和O元素含量逐渐减小,高位热值增加,因此样品的燃料特性得到了提高;酸洗后,热解生物油收益率显著提高,并随着烘焙温度的升高减小,生物焦则相反;热解产物中,不可凝气中可燃成分含量增加;生物油含水率减少,但是,pH和高位热值明显增加,化学成分中糖类产量增加,酸类、酮类和呋喃类产量减少,生物焦孔隙结构得到发展,比表面积增加,稻壳灰中二氧化硅的相对含量增加,达到98.91%。根据上述实验结果,提出了一种新的稻壳资源综合利用系统。     

生物质颗粒度对燃烧特性影响

以稻壳为例考察了不同稻壳粒径对热解及燃烧特性、传热系数、焦炭燃烧的影响,利用TG/DTG6200热重差热分析仪对不同颗粒度稻壳粉做了热解实验,得到了不同的TG、DTG、DTA曲线.结果表明,稻壳颗粒度越小,其挥发分析出温度越低,析出时间越短,传热系数增大,升温速率增大,有利于燃烧,但过小的颗粒度同时增大了散热损失,当粒径低于临界尺度时,易出现熄火现象.焦炭燃烧过程受粒径大小的影响,粒径减小,燃烧反应速率加快,燃烧时间缩短,有利于燃烧.     

有机酸洗预处理对玉米秸秆热解过程的影响

以玉米秸秆为原料,用乙酸溶液对秸秆进行洗涤预处理,采用热重分析仪对预处理前后玉米秸秆进行热解实验。结果表明:酸洗预处理去除了玉米秸秆中大部分的K、Na和Mg等金属元素,降低了灰分含量;酸洗预处理使得玉米秸秆两个热解失重峰分离的更加明显,提高了玉米秸秆热解失重速率,使得玉米秸秆热分解变得容易。     

溶胀对扎赉诺尔褐煤热解及液化性能的影响

研究了用吡啶和四氢呋喃（ＴＨＦ）溶剂对扎赉诺尔褐煤（ＺＬ）溶胀预处理后煤的热重、微分热重的变化及加氢液化反应规律。结果表明：煤经吡啶和ＴＨＦ溶胀预处理后增加了煤的热解失重量及加氢液化反应性,提高了煤的液化总转化率和油气产率;其中吡啶预处理煤的热失重率和液化转化率高于ＴＨＦ预处理煤。用经外光谱对溶胀煤的分析表明,煤溶胀预处理后其大分子结构中氢键发生不同程度的断裂。     

低变质粉煤与沥青成型热解制备型焦的研究

以低变质粉煤(CY)为原料,沥青(LQ)为黏结剂,采用成型热解技术制备型焦,主要研究了原料粒径、LQ添加量、热解温度、保温时间和氧化预处理等因素对型焦抗压强度与收率的影响规律,采用热重实验对二者的共热解过程进行分析。结果表明:随着LQ添加量的增加,型焦抗压强度呈现先增大后减小的趋势;提高热解温度及进行氧化预处理均可提高型焦的抗压强度。当CY与LQ的粒径分别为75μm和96μm,LQ添加量为40%,热解温度为850℃,保温时间为5.0h时,型焦的抗压强度为18.905MPa,收率为66.07%。热重实验结果表明,CY和LQ共热解过程中存在着明显的协同作用。     

生物质热解特性研究

以竹材、稻壳、木屑为原料,通过常规热解结合快速热解研究生物质热解特性。结果表明,生物质常规热解的液体得率较低,相比而言竹材最高,稻壳最低,且热解温度是影响竹材和木屑热解的主要因素,其液体得率随温度的升高呈先增后减的变化规律;快速热解方面,利用居里点裂解仪和GC—MS在线分析竹材热解的液相组成,其组成以糠醛和酚类物质为主,它们分别来源于纤维素、半纤维素和木质素的热解。     

基于TGA-FTIR和无模式函数积分法的稻壳热解机理研究

利用热重红外联用技术(TGA-FTIR)和无模式函数积分法,研究了不同升温速率(5、10、20、30 ℃/min)下,稻壳的热解特性和热解动力学,深入探讨其热解机理。TG和DTG研究表明,稻壳的热解过程分为干燥、快速热解和炭化3个阶段,随着升温速率的增加,TG和DTG曲线向高温一侧移动。稻壳热解气体成分含量最多的是CO₂,醛、酮、酸类以及烷烃、醇类和酚类等有机物。通过无模式函数积分法:FWO法和KAS法,计算得到的活化能随着转化率(α)增加数值波动明显,证明稻壳热解过程发生复杂的重叠、平行和连续的化学反应。0.1≤α<0.35,半纤维素的支链首先降解,然后是主链降解。0.35≤α≤0.7,纤维素首先转化为中间产物活性纤维素,然后活性纤维素再次降解。0.7<α≤ 0.8,主要是木质素降解,生物质中可降解的挥发分减少以及低反应活性的焦炭的不断生成是造成此阶段活化能快速增加的主要原因。总之,生物质三组分化学成分和结构差异造成不同转化率下活化能的差异。     

热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响

生物质热解受热解温度、热解速率和碱金属及碱土金属(AAEM)元素影响显著。利用热裂解气相色谱质谱联用法(Py-GC/MS)针对热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响展开深入研究,通过样品热解前后的失重情况分析了热解温度及AAEM元素对生物质(稻壳和木屑、酸洗稻壳和酸洗木屑)热解特性的影响规律,利用气相色谱质谱仪(GC/MS)对热解焦油组分及含量进行了在线半定量分析,并对热解焦油组分分子量分布情况展开了讨论。结果表明生物质Py-GC/MS快速热解实验,酸洗脱除AAEM元素致使热解失重率减小。500~900℃范围内随温度的升高,大分子焦油成分逐渐减少,逐渐转化为轻质组分。AAEM元素限制了焦油前体的聚合,进一步抑制了含氧杂环类碳环(糠醛等)的生成。稻壳的热解焦油的相对分子质量主要分布在110~129。木屑快速热解焦油产率明显高于稻壳,且热解焦油中分子量分布广泛,含有更多较大分子量(150~209)的化合物成分。     

热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响

生物质热解受热解温度、热解速率和碱金属及碱土金属(AAEM)元素影响显著。利用热裂解气相色谱质谱联用法(Py-GC/MS)针对热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响展开深入研究,通过样品热解前后的失重情况分析了热解温度及AAEM元素对生物质(稻壳和木屑、酸洗稻壳和酸洗木屑)热解特性的影响规律,利用气相色谱质谱仪(GC/MS)对热解焦油组分及含量进行了在线半定量分析,并对热解焦油组分分子量分布情况展开了讨论。结果表明生物质Py-GC/MS快速热解实验,酸洗脱除AAEM元素致使热解失重率减小。500~900℃范围内随温度的升高,大分子焦油成分逐渐减少,逐渐转化为轻质组分。AAEM元素限制了焦油前体的聚合,进一步抑制了含氧杂环类碳环(糠醛等)的生成。稻壳的热解焦油的相对分子质量主要分布在110~129。木屑快速热解焦油产率明显高于稻壳,且热解焦油中分子量分布广泛,含有更多较大分子量(150~209)的化合物成分。     

煤原位热解研究进展

煤热解是煤炭热转化利用中最初和必经的阶段,煤受热分解会产生煤气、焦油及半焦产品等,是目前我国化工原料和能源燃料的重要来源。由于一次热解是煤热解过程的重要步骤之一,大部分的煤热解产物都直接或间接地来源于一次热解,而一次热解产物的产率和性质直接影响到二次热解对目的产物的定向调控,故二次调控对提高煤热解产物产率具有一定的局限性。笔者提出了煤原位热解的概念,以提高煤热解产物产率为目的,从直接影响煤一次热解的角度出发,对煤不同的预处理方法,包括热预处理、水热预处理、溶剂溶胀预处理、离子液体预处理以及溶胀同步负载金属离子预处理等方法进行论述,并讨论了温度、压力、热解气氛、停留时间、粒径等工艺参数条件对煤原位热解的影响,最后对未来煤热解工艺技术的发展趋势进行展望,在继续探索煤热解机理的基础上,研究不同煤预处理方式与不同工艺参数条件的优势结合,同时发展对应的煤热解工艺技术,努力提高煤原位热解的产物收率,减少环境污染。     

不同溶剂预处理对神府低变质煤热解特性影响的研究

采用乙醇和正己烷对神府低变质烟煤(SF)进行预处理,并在固定床热解装置上进行慢速热解,探究预处理对煤热解特性的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱法(FTIR)、热重(TG)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)和气相色谱法(GC)对煤预处理前后变化及热解产物进行分析。结果表明,预处理能不同程度促进SF煤向轻质产物的转化,并富集焦油中的芳香化合物,乙醇预处理后,焦油中芳香烃相对百分含量增加明显(达47.99%),正己烷预处理后,焦油中苯酚相对百分含量增加(达30.43%)。     

条浒苔与稻壳共热解协同效应

为了进一步探究大型海藻与陆生生物质共热解的协同效应,选取条浒苔与稻壳生物质作为代表进行了单样以及不同混合比例的共热解台架试验。通过三相产物产率的计算,以及生物油产物的GC-MS、FT-IR、热值分析和对气相产物的GC分析,研究了条浒苔与稻壳共热解协同效应的影响。共热解的气相产物产率在各个混合比例下均高于理论值,说明共热解对气相产物的生成具有促进作用,同时共热解气相产物中甲烷、乙烷、乙烯、丙烷为主的小分子烃类物质产率高于理论值,生物油中以乙酸为代表的小分子产物明显增多,分析认为条浒苔灰分中Na、K等碱金属具有促进大分子产物进一步裂解的催化作用,进一步验证了条浒苔与稻壳共热解的协同效应。