褐煤与大豆荚共热解特性分析及动力学研究

利用热重分析仪对褐煤、大豆荚及其混合物进行热解特性分析,研究添加大豆荚对褐煤热解过程的影响,并从动力学角度分析其热解机理。结果表明,大豆荚的添加有利于促进褐煤热解反应,使其热解过程向低温区移动,热解失重速率变快,与褐煤单独热解相比,在升温速率为10K/min下30%大豆荚与褐煤共热解的最大失重速率所对应的温度降低5.6℃,挥发分析出的终止温度提前17.51℃,其混合物热解反应指前因子A增大2.78min~(-1);大豆荚与褐煤混合物的热解速率随着升温速率的增大而加快,其热解过程符合一级反应动力学方程。     

移动床中褐煤直接热解特性

为了获得高含水率褐煤在移动床内不经预处理直接热解的可行性及其热解行为,建立管式炉移动床褐煤直接热解实验装置;考察含水率、热解温度和粒径等参数对褐煤热解损失质量、产物产率以及产气特性的影响。研究结果表明:褐煤在热解过程中蒸发出的原位水蒸气参与半焦的气化以及挥发分的重整反应;随着含水率的增加,褐煤的原位水蒸气气化反应加强,碳转化率逐渐提高,H_2产率由277.13 m L/g增大至527.77 m L/g;提高热解温度使气体产率逐渐增大,液体和固体产率逐渐降低,碳转化率由38.19%增大至52.74%;增大粒径使煤中水分和挥发分在颗粒内部的停留时间延长,在一定程度上强化半焦的气化反应以及挥发分的重整反应;此外,增大粒径使挥发分在褐煤颗粒孔隙中的传质阻力增大,二次反应加强,褐煤直接热解的最佳粒径为1.6~3.2 mm。     

伊敏褐煤腐殖酸结构特征及热解动力学分析

以伊敏褐煤提取腐殖酸为对象,采用13C CP/MAS NMR测试技术对腐殖酸的结构特征进行了分析,结合元素分析构建了化学结构模型,根据模拟谱和实验谱的对比修正得到最终的结构模型;采用DAEM（活化能分布模型）模型描述非等温热解自低温到高温的全过程,进行动力学分析,将结构模型和腐殖酸热解产物甲烷生成机理相结合,表明甲烷的生成包括6类反应。     

沙柳热解特性及热解动力学

为研究沙生灌木的代表沙柳的热解特性、热解动力学及热解过程中产物的形成特性,并进一步探讨沙柳的热解行为和过程的反应机理。采用热重法及热重红外联用技术对沙柳的热解失重过程、热解过程产生的气体和焦炭产物进行表征,采用Flynn-Wall-Ozawa法和Coats-Redfem积分法对沙柳的主要热解阶段进行动力学分析,求取活化能并推出描述其热重过程的机理函数。试验结果表明:沙柳的热解过程分为三个阶段,分别为脱水、快速热解和焦炭热解阶段。升温速率的增大有利于第二阶段挥发份的析出,但对第三阶段焦炭组分的热解不利,增加了800℃时残留的焦炭产率。沙柳主要热解阶段的活化能处于106.79~135.81 KJ/mol,且过程服从Avrami-Erofeev方程。热解过程中气态产物主要有H2O、CO2、CO、CH4、烷烃、酸、醛和醚类化合物等。不同温度下焦炭残渣的红外光谱表明,400℃前为半纤维素和纤维素糖苷键与糖环结构及乙酰羰基的断裂。400℃后为木质素中芳环结构单元及芳香核之间通过芳醚键连接的空间网状结构的破坏,而碳—碳键却得以保留和含量提高,整个失重过程挥发份的逸出主要与含氧官能团的热解有关。     

龙口油页岩热解特性及动力学研究

利用热天平对龙口油页岩进行了热解实验,考察了不同升温速度对热解特性的影响;利用Friedman法和平行一级反应模型对热失重数据进行了数学处理,得到了有关的动力学参数,并对油页岩的热解机理进行了初步的探讨.结果表明,在转化率为5%～95%时,活化能的变化范围为100～200 kJ·mol-1,而且活化能与频率因子的对数呈线性关系.低能级和高能级的反应所占比例较小,主要反应集中在活化能为125～250 kJ·mol-1内.Friedman法和平行一级反应模型能够合理地描述油页岩的热解过程.     

龙口油页岩热解特性及动力学研究

利用热天平对龙口油页岩进行了热解实验,考察了不同升温速度对热解特性的影响;利用Friedman法和平行一级反应模型对热失重数据进行了数学处理,得到了有关的动力学参数,并对油页岩的热解机理进行了初步的探讨。结果表明,在转化率为5%~95%时,活化能的变化范围为100~200 kJ.mol-1,而且活化能与频率因子的对数呈线性关系。低能级和高能级的反应所占比例较小,主要反应集中在活化能为125~250 kJ.mol-1内。Friedman法和平行一级反应模型能够合理地描述油页岩的热解过程。     

生物物理预处理污泥热解特性及动力学分析

利用污泥生物物理预处理,获得新型干化颗粒化产物.在不同升温速率条件下,采用热重-差式(TGA-DSC)型热分析仪研究从30 ℃升温至900 ℃时,生物物理预处理污泥的热解规律;同步连接质谱,在线监测热解气释放,研究各物质组成的热分解特性,并通过动力学方程表征生物物理预处理污泥的热解反应机理.结果表明:表观活化能分别为25.46,14.48,48.15,85.22和 60.16 kJ·mol^-1;氢气释放主要在450,700 ℃附近,分别由热挥发作用和成焦作用所致,其中,成焦过程为主要因素;甲烷在450 ℃附近呈现单峰分解的规律;CO₂在350,450,700 ℃附近分3阶段释放.     

植物类生物质热解特性及动力学研究

使用美国TA公司的Q50热重分析仪对5种植物类木材生物质进行了热解的动力学研究，样品粒径为0．075-0．100mm．分别调查3种不同升温速率下热解温度对热解过程的影响，通过对热重分析（TG）、差分热重分析（DTG）曲线的分析，建立了相应的反应动力学模型，得到了不同木材的动力学方程中的表观活化能和频率因子，为热解过程的工业化设计提供了基础数据．     

天津市政污泥热解及燃烧动力学特性的分析

利用热重分析仪,在氮气和空气气氛下分别对天津市政污泥进行热分析实验,并采用热重、微分热重、差示扫描量热等方法分析了市政污泥的热解特性及燃烧特性.实验结果表明城市污泥燃烧热反应可分为4个阶段:水分蒸发析出、污泥有机挥发成分析出燃烧、污泥有机质及固定碳燃烧、燃烧残余物及难分解物的分解.在实验条件下,污泥样品着火温度为277.5,℃,燃尽温度为540,℃.建立了天津市政污泥燃烧动力学模型,采用连续两方程拟合的方式,得到了上述主要阶段的表观活化能Ea和指前因子A.     

褐煤热变形特性的实验研究

利用高温热解渗透仪,对褐煤的热变形特性进行了实验研究。测定了常温与50℃时三维应力作用下的变形特性及弹性模量;同时测定了不同温度段褐煤的流变特性。研究得出,一定围压作用下,在200℃与400℃时,褐煤出现相对的热膨胀;随着温度的升高,褐煤产生流变的时间在缩短,蠕变量在减少。在整个热解过程中,其体积总体上是缩减的。这些结论为煤的地下原位热解或气化的现场实施提供了一些科学的基础数据。     

稻壳热解特性及其动力学研究

研究不同粒径的稻壳以及其在不同的升温速率下的热解特性。从TG和DTG图上可看出,粒径为0．88～0．38mm的稻壳的失重率（约60％）最大,粒径在0．08mm以下的失重率最小（约55％）;随着升温速率的增加,TG和DTG曲线向高温侧移动,热流率逐渐增大,最大失重速率对应的温度升高,而最大失重速率降低。采用FWO法和Popescu法计算了稻壳热解的动力学参数并确定最佳机理函数。     

锡林浩特褐煤提质同步热分析动力学分析

为研究褐煤提质过程中的现象和规律,本文测定了流动气氛中,锡林浩特褐煤提质过程的非等温热重分析-差示扫描量热法（TG-DSC）同步热分析数据。将无模型法（Friedman法）与多重扫描速率法（升温速率分别为5、10、15、20、25和30K/min）结合,得出不同粒径（74~104μm、104~124μm和124~178μm）下测试样品提质过程的质量动力学模型与热动力学模型。综合两种模型可以发现,粒径越小,质量行为与热行为越一致,并且机理函数模型E1:α、B1:α(1-α)和D1:1/2α适合描述锡林浩特褐煤的提质过程。     

沙尔湖褐煤和红沙泉不粘煤的热解动力学及热解产物分布

该文对沙尔湖褐煤和红沙泉不粘煤两种煤样进行了热解动力学分析和热解产物分布特性研究。采用TA-Q600在氮气载气量为100mL/min、4种升温速率(30、50、80、100℃/min)下进行热解,然后利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和分布活化能模型(distributed activation energy model,DAEM)进行动力学分析。分析结果表明:两种煤的活化能随着转化率的升高而升高;不同煤阶煤样活化能分布存在差异,沙尔湖褐煤和红沙泉不粘煤分别在活化能200kJ/mol和150kJ/mol处出现分布函数的最大值。铝甑低温热解法(510℃)和格金低温热解法(600℃)分析表明沙尔湖褐煤焦油产率分别为8.16%和10.18%,而红沙泉不粘煤分别为7.43%和8.49%。     

生物质热解特性的热重分析

用热重分析法对木屑（柳桉，水彬）和造纸厂污泥的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了3种样品在不同升温速率（10－30℃/min)和不同粒径（0.09-0.25mm)下的实验结果，发现样样品的非等温失重过程由脱水，保持，剧烈失重和缓慢失重4个阶段组成。当粒径小于0.25mm时，对热解过程影响不大。在实验的基础上，提出用来表征热解难易程度的热解特性指数P。用改进的Freeman-Carroll方法计算出样品的热解动力学参数，并根据实验结果和动力学（参数）补偿效应，建立起柳桉和水杉在不同升温速率下的动力学参数的预防方程。     

城市固体废弃物混合热解特性及动力学

在研究城市固体废弃物(MSW)典型成分单组分失重规律的基础上,对两两组分混合热解相互影响进行了实验研究.结果表明:白菜、纸板和棉布热解主要分为3个阶段,而聚氯乙烯(PVC)和废轮胎的热解规律较复杂,但其热解过程可等效地看作2个和3个阶段,二者在前2个阶段失重率已经分别达到了100%和88%;两两组分混合后,对应阶段热解温度范围与单组分相比变化不大,而混合后热解速率则受到较大影响,说明所选组分两两混合对各单组分热解温度影响不明显,而热解产物或残留物可能会促进或抑制混合物的分解.根据单组分和混合组分原料的失重规律采用Coats-Redfern法分阶段进行动力学计算,结果表明:拟合曲线线性度很好,说明各单组分和混合组分热解过程分阶段处理是合理的;对于PVC和废轮胎单独热解和两两混合热解,将失重曲线上一些联系紧密的失重峰看作同一个失重阶段进行处理可获得更好的拟合线性度.     

氧化钙对褐煤和无烟煤热解特性影响

为研究CaO对褐煤和无烟煤热解特性影响,采用实验室小型固定床反应器对锡林郭勒褐煤(X)和宁夏石嘴山无烟煤(SH),进行热解实验,研究了CaO对热解三相产物分布规律影响。实验结果表明:在500~600℃时,添加2%CaO后褐煤热解生成CO_2的产率小于未添加CaO煤样热解生成CO_2的产率,添加CaO与否对其他3种气体H_2,CH_4,CO产率影响不大;与未加入CaO的褐煤煤样相比,加入CaO的褐煤煤样在相应温度下热解气相产物产率小幅度降低,且随着热解温度的升高,加入CaO的褐煤煤样气相产物产率增加速率大于未加入CaO的褐煤煤样。褐煤脱挥发分主要在600℃之前的热解阶段,而对于无烟煤来说,CaO在中温热解阶段对挥发分的脱除具有促进作用。对于褐煤半焦来说,加入2%CaO一直作为灰分存在半焦中,且随着热解温度的升高,褐煤半焦在高温时反应活性较高,发生热缩聚反应,导致半焦中有机质含量降低,以上2种原因直接导致褐煤半焦灰分升高;对于无烟煤来说,灰分增加主要是由于CaO的加入。     

褐煤低温热解气生成特性的研究

研究了褐煤进行低温热解时,热解温度对褐煤热解气相产物产量的影响规律;分析了不同热解温度下煤气的基本组成。结果表明,热解温度对煤气的产量、组成产生一定的影响。在300℃后,阶段煤气产量随热解温度的升高不断增大;煤气的成分随热解温度而发生变化。     

4种农林生物质的热解特性及动力学研究

为优化生物质热解工艺,研究了4种农林生物质的热解特性及其动力学参数的分布规律。利用热重分析仪对4种生物质的热解失重行为进行了试验研究,采用热解特性指数P对生物质的热解特性进行了综合评价,使用CoatsRedfern方法对生物质的热解过程进行了动力学分析。研究结果表明：生物质的热解反应可分为干燥预热、快速失重和缓慢失重3个阶段;各生物质在主热解区低温段所需热解活化能要高于高温段;活化能和频率因子均随升温速率增大而增大;采用n-2级动力学模型能较好地表述整个主热解区的反应过程;采用15K／min的升温速率和500℃的热解终温可提高热解反应速率,降低能耗。     

褐煤的等温干燥特性及其脱水动力学分析

采用水分快速测定仪对褐煤等温干燥过程进行模拟,然后对不同条件下制得的干燥煤样的孔结构和比表面积进行表征,发现不同的升温方式对煤样的孔结构和比表面积会产生不同的影响。褐煤的干燥过程主要由升速干燥和降速干燥阶段组成,干燥速率随温度升高而增大。选择常用的干燥模型对实验数据进行拟合,得出修正Henderson and Pabis模型拟合效果最佳。利用Arrhenius方程计算得到该褐煤脱水平均表观活化能为25kJ/mol,脱除吸附水的活化能为31kJ/mol。     

桦甸油页岩热解动力学的热重分析

本文用非等温热重分析法求出了桦甸油页岩热分解过程的动力学参数，证明可用两个一级反应动力学方程式来描述。