煤直接液化残渣热解过程气体产物的析出

采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术研究了煤直接液化残渣(DCLR)的热解特性,重点对其热解过程气体的析出规律进行了分析讨论。研究表明,液化残渣热失重分为三个阶段,在405.10 ℃以前为残渣热解第一阶段;405.10～523.83 ℃主要为高沸点油和沥青质等的大量热分解阶段,当温度达到478.45 ℃时,失重速率达到最大值,此时失重量约占总失重的40.27%;523.83 ℃以后残渣的失重曲线较为平缓,失重量约占总失重的50.55%,主要由产物的二次分解和矿物质的热分解所造成。热解过程气体产物的析出也分为三个阶段,第一阶段主要释放的是H₂O和CO₂,第二阶段中析出的主要为CO₂,CH₄,CO、H₂O和少量SO₂,同时在458.4～791.9 ℃范围内伴随着焦油的大量析出,第三阶段主要是CO₂,CO和H₂O的析出。CO₂的释放主要归功于含氧杂环或OCO等含氧基团的断裂,而CO的释放主要由醚键以及含氧杂环热分解造成,脂肪烃的热分解是CH₄释放的主要原因。     

基于TGA-FTIR研究生物质热解过程中氮化物的生成

基于TGA-FTIR联用技术,考察了升温速率对生物质中氮热解转化成NH3和HCN的影响.结果表明,热解的升温速率影响生物质中氮转化的速率和转化的量,升温速率提高,NH3和HCN的生成量减小,NH3和HCN的起始释放温度及达到最大析出值的温度提高.慢速升温热解,HCN的析出与NH3的析出规律相似,但HCN的析出量明显小于NH3的析出量,生物质中氮主要以NH3的形式析出.     

食用菌生产废弃物热反应机理与活化能

利用TG-FTIR联用分析仪对食用菌生产废弃物的热解特性进行了研究;并采用分布式活化能模型求解了主要热懈段的活化能,探讨了活化能随转化率的变化关系;利用FTIR结果分析了食用菌生产废弃物的热反应机理.研究结果表明;食用菌生产废弃物主要分三段热解;第一段热解在23~100℃;失重率在12.33%~14.36%左右;主要为C=O键的断裂和CO_2的形成,伴随着少量的苯环从长链分子中断裂.第二失重段约在220~390℃,失重率约为45.09%~47.29%;主要为C=O键的断裂和CO_2的形成、大量苯环从分子成分的长链脱离,同时伴有O-H键断裂、烷烃类的C-H键和取代苯的C-H键的断裂.第三失重段约在380~800℃之间,这阶段失重率为15.01%~15.34%,主要为C=O键断裂,且强度比第二段有所增加.主要热解段第二段的热解活化能在105~165 kJ变化,呈先递增后减小的变化规律,在转化率0.7处达到最大值.     

纤维素、木质素含量对生物质热解气化特性影响的实验研究

本文采用化学方法测定了六种生物质中纤维素和木质素的含量,通过热重研究了实际生物质及用纤维素、木质素按一定比例混合模拟生物质的热解和气化特性,并结合电子扫描电镜(SEM)对焦样进行了微观形貌分析.结果表明:在本文所选择的生物质中纤维素的含量高于木质素,两者一般在55%～85%和10%～35%.生物质热解分为纤维素热解和木质素分解两个阶段,应于气化过程中挥发份析出和焦炭气化.在热解过程中,首先纤维素发生热解呈现快速失重过程,接着木质素缓慢热解.实验发现生物质中纤维素含量越高,热解反应速率就越大;反之,木质素含量越高,热解反应速率越小.通过对焦形貌与气化研究,发现气化特性与生物质中纤维素和木质素的含量有着密切联系.因此纤维素、木质素含量是影响生物质热解气化特性的重要因素之一.     

基于TG-FTIR的杨木热解过程中脲醛树脂影响机理的模型物研究

热解是废弃人造板高效回收利用的方式,人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板,解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂(UF)对木材热解特性的影响,深入探索UF对人造板中木材各组分的作用机制,以杨木及木材的三种主要组分(纤维素、半纤维素、木素)为研究对象,创新性地依据杨木的化学组成,以纤维素、木聚糖和木素配制成模型物,并加入UF模拟人造板的构成。利用热重红外光谱联用(TG-FTIR)分析法,对比分析了加入UF前后模型物以及杨木各主要组分的热失重特性及气相演变规律。热重及红外结果表明,UF促进了纤维素热解过程中水和羧酸类物质的生成。UF与木素结合生成热不稳定的含氮结构,释放大量氨气,并且在200～300 ℃区间内参与了木素的热解并直接影响木素热解产物的生成。由此推测,在人造板热解过程中,木材三种主要组分中与UF作用的主要成分是木素。     

超细煤粉热解时轻质烃的析出规律

将不同的煤种在管式炉中,分别进行程序升温热解,利用气相色谱对热解气中轻质烃的析出规律进行了在线分析。分析结果表明:热解产物轻质烃的成分主要由以CH4为主的混和气态烃组成;在相同的热解条件下,轻质烃的热解析出速率随着煤种碳化程度的增高而明显降低,随着煤粉粒径的减小而逐渐升高;轻质烃热解析出高峰的温度随着煤种碳化程度的增高而明显增高,随着煤粉粒径的减小而逐渐降低。     

生物质快速热裂解制取生物油试验研究

本文在快速热解试验装置中对片状的白松样品进行制取生物油的试验研究.考察了运行参数对热解产物分布的影响,重点研究了各个参数对热解气体和生物油组分的影响规律.结果表明,气体产物中主要以CO、CO2、H2和CH4为主,CO、H2和CH4的浓度随着温度升高而上升.生物油主要含有有机酸类、苯酚类和糖类等化合物.在同一载气流量下,随着辐射源温度的增加,大分子产物的产量逐渐减少,小分子产物的产量有所增加.在同一辐射源温度下,随着载气流量的减小,小分子产物的产量呈增加趋势.     

基于热重红外联用分析的生物质热裂解机理研究

利用热重红外联用技术在线分析研究了白松在不同升温速率下的热裂解行为,结果表明木材的热裂解可归结于纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分的热裂解。白松的热裂解产物主要有酸类、醇类、醛类、酮类、酯类、水分和小分子气体等。在线红外分析结果表明白松热裂解过程中先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的苷键和碳碳键断开形成各种烃类、醇类、醛类和酸类等物质,随后,这些大分子物质又二次降解为一氧化碳为主的气体产物。     

基于TG-FTIR的圆柏心、边材热解研究

生物质热解是实现生物质废弃物有效处理及生物质材料高效利用的重要途径之一,因此对生物质热解过程及其机理进行研究具有极大的现实意义。木材作为一种来源广泛的可再生材料也是众多生物质热解原料中的一种,由于组成成分等多方面的差别,不同树种的热解特性具有明显差异。然而,同一种木材的心材与边材由于在组织构造、化学组成及其含量等方面有着明显不同,因此在热解特性和产物方面也存在一定的差异,该工作即对此进行深入研究。试验以心、边材区分明显的常见园林绿化物圆柏为试验材料,通过TG-FTIR联用技术分别得到其心、边材热解过程中的热重曲线和挥发分的红外光谱谱图并对其进行分析。结果表明,纤维素、半纤维素、木质素和抽提物含量对心、边材热解特性影响显著。由于圆柏心材半纤维素、木质素含量较高,在热解前期和热解后期具有比边材更大的失重率,而较高的抽提物含量则在一定程度上增加了其在反应中期的失重率,减小了该范围内心、边材失重率的差异;边材纤维素含量较高,因此其在300~380 ℃,失重明显,在DTG曲线中的最大失重速率也较高。在红外图谱中,心、边材热解所产生的挥发分种类几乎相同,但在数量上有差异,当热解达到最大失重速率时,所产生的挥发分明显增加,且整个过程中边材产生的有机酸类化合物更多,而心材相对产生更多的水和CO₂。     

麦秆添加大量CaO热解的TG-FTIR实验研究

利用热重-傅里叶变换红外光谱联用方法研究添加CaO对麦秆热解过程和挥发份析出特性的影响.热重和红外光谱分析均表明添加CaO后麦秆热解旱现两个明显的失重和挥发份析出阶段,而纯麦秆热解则只有一个.CaO在第一阶段不但能够吸收CO2,而且能够降低甲苯、苯酚和蚁酸等焦油类物质的产生,使得该阶段失重率和最大失重速率随CaO添加量增加而减小.CaCO3的煅烧分解是添加CaO麦秆热解第二阶段产生的原因,该阶段失重率和最大失重速率随CaO添加量增加而增大.研究结果表明,在采用生物质为原料的零排放系统中添加CaO有利于捕获CO2和减少焦油物质的产生,系统的气化温度应适当降低以防止CaCO3的煅烧分解.     

Slow pyrolysis of wood particles: Characterization of volatiles by Laser-Induced Fluorescence

For a better understanding of the complex processes involved in slow pyrolysis of thermally thick wood particles it is essential to know the composition of the gaseous mixture leaving the pyrolyzing particle. In this work the volatiles in the pyrolysis product gas are characterized by means of in situ Laser-Induced Fluorescence. The results indicate that there are secondary heterogeneous cracking reactions of the primary and secondary tar species occurring in spherical beech wood particles with 25 mm diameter at conversions higher than approximately 0.6 and at heating rates of 0.3 K/s and 0.2 K/s. For pyrolysis of smaller beech wood particles of 0.5–1 mm size complete conversion was achieved without indications of secondary reactions at a heating rate of 0.3 K/s. In order to correctly model the composition of the gas mixture leaving a pyrolyzing wood particle, it may therefore be necessary to consider intra-particle heterogeneous cracking reactions.     

液化残渣的微波热解与常规热解对比分析

采用微波加热和常规电加热两种条件进行液化残渣(DCLR)的热解实验,考察了热解产物固体焦、焦油及煤气的组成及结构的变化规律,采用红外分析(FTIR)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对热解产品进行了分析表征。研究表明,在微波场中,DCLR的升温速率很快,20 min左右物料温度就可达到900 ℃,最大升温速率可达到329 ℃·min-1,而常规加热的升温速率基本保持恒定。与常规热解相比,微波热解后固体焦的产率降低2.85%,而焦油和煤气产率分别增加了0.66%和2.19%。DCLR热解后固体焦的索氏萃取组分重油(HS)、沥青烯(A)及前沥青烯(PA)含量均大幅降低,而四氢呋喃不溶物(THFIS)则有所增加,但是两种热解条件下得到的固体焦的四种索氏组成差异不是很大,说明DCLR的热解过程是以HS,A与PA的转化为主的。微波热解后固体焦红外谱上3 437.6,1 632.0 cm-1以及1 079.99 cm-1处吸收峰的强度与常规热解相比明显降低,说明微波场中DCLR的热解更为彻底。热解后焦油和煤气产率均有所增加,煤气中H₂含量均达到60%以上。GC-MS分析表明,经由石油醚萃取后的热解焦油中脂肪类、芳香类与醇类物质组成以及C_1~5,C_11~20与C₂₀以上组分的含量均没有发生明显变化,而微波热解焦油中沥青质的含量则下降了7.7%,说明微波作用可有效促进DCLR中沥青质的热分解,有利于热解焦油的轻质化。     

利用傅里叶变换红外光谱分析高温对木材-胶粘剂界面性能的影响

胶合木层板间界面起传递应力的作用,是构件承载的重要参数,其高温胶合性能决定了构件的抗火性能。以兴安落叶松结构材,以及结构用间苯二酚-酚醛树脂胶粘剂(PRF)和三聚氰胺-脲醛树脂胶粘剂(MUF)为研究对象,研究了20～280 ℃中木材含水率、密度、顺纹弦向抗剪强度和木材-胶粘剂界面胶合性能等216个试件在高温中的物理力学性能变化规律,通过傅里叶变换红外光谱分析高温中胶粘剂官能团变化,揭示了高温对木材-胶粘剂界面性能的劣化机理。结果表明,20～150 ℃时,兴安落叶松主要发生由水分释放导致的木材密度降低等物理反应,木材颜色未发生明显变化;150～200 ℃时,木材热降解开始,密度下降速度变缓,木材颜色逐渐加深;温度继续升高时,木材热降解加剧,颜色急剧加深,木材密度损失快速增加;当温度升至280 ℃时,木材发生炭化、完全转化为黑色,密度降至常温的72.49%。高温对兴安落叶松顺纹弦向抗剪强度有明显的劣化作用;20 ℃时木材抗剪强度为9.654 MPa,20～110 ℃时木材抗剪强度下降较快,150 ℃时降至常温的60.68%;150～280 ℃时,木材顺纹抗剪强度急剧下降,280 ℃时降至1.054 MPa。木材-胶粘剂界面的高温性能与胶粘剂的耐热性能密切相关;常温时,兴安落叶松与PRF和MUF均有较好的胶合性能,其界面抗剪强度分别为9.071和9.619 MPa,木破率均在80%以上;随着温度的升高,两种胶粘剂的界面抗剪强度均明显降低,木材-PRF界面较木材-MUF具有更好的耐高温性能。20～150 ℃时,两种胶粘剂界面抗剪强度劣化规律与木材抗剪强度相似,150 ℃时木材-PRF和木材-MUF的界面抗剪强度分别为常温的60.61%和60.92%,木破率均高于70%。150～280 ℃时,木材-PRF界面抗剪强度劣化规律仍与木材顺纹抗剪强度相似,280 ℃时降至0.774 MPa;木材-MUF界面胶合性能受温度影响更大,220 ℃时其木破率为10%,280 ℃时界面抗剪强度降至0 MPa。傅里叶变换红外光谱图中,20～150 ℃时PRF化学结构无明显变化;温度高于150 ℃时主要发生胶粘剂的进一步交联,以及醚键和亚甲基桥的断裂,PRF开始热解,但化学结构仍较完整;20～150 ℃时MUF的化学结构无明显变化,温度高于200 ℃时,羟甲基特征峰减弱、异氰酸酯基团产生,热降解剧烈,PRF较MUF具有更高的耐热性能。研究结果将为木结构工程合理选择原材料提供数据支撑,并为完善木结构抗火设计理论和方法提供依据。     

A parametric study of the synthesis and purification of single-walled carbon nanotubes using the high-pressure carbon monoxide process

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were synthesized using the high-pressure carbon monoxide disproportionation process. The SWCNT diameter, diameter distribution and yield can be varied depending on the process parameters. Important parameters are the temperature, the pressure, the CO gas flow rate and the nozzle injection velocity and geometry for the injection of reactant gas into the reaction zone. Carbon nanotubes as small as 1.0 nm in diameter have been produced. The purity and yield of the deposited material were increased with increasing CO gas flow by means of rapid heating of the gas mixture and using an optimum injection profile. Highly pure SWCNTs were produced at 1250 K, pressures between 5 and 10 bar and gas in the turbulent flow regime in the cold line of 2000–2500 sccm CO. The raw materials were purified by oxidation in high vacuum at 523 K in wet Ar/20 vol. % O₂ to remove SWCNT carbon-like impurities and to oxidize the iron catalyst nanoparticles. The iron oxides were removed by chemical treatment in concentrated HCl/C₂H₅OH mixture solution. The SWCNTs were analyzed by scanning electron microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, atomic absorption spectroscopy and optical absorption spectroscopy to determine the purity, the diameter and diameter distribution, the chemical composition and the catalyst morphology, as well as the optical properties of deposited SWCNTs in dependence on the synthesis parameters. PACS 29.30.-h     

封闭空间中易燃混合气体在HF和CO2激光作用下的燃烧引发

研究了封闭圆柱石英腔中化学计量CH4：O2混合气的燃烧试验。使用了非定域脉冲HF激光触发和直接使用脉冲CO2激光器助燃两种引燃方法。第二种引燃方法是使用小剂量的可以强烈吸收脉冲CO2激光辐射的sF6来加热易燃混合气。研究了燃烧过程,并确定了燃烧辉光的谱线特征。试验表明,即使在小体积反应器中,固定数量反应气的快速激光加热也能够极大地加速燃烧进程并达到混合气燃烧的爆炸模式。得到了阈值情况下沿腔轴的初始温度分布。     

Rapid pyrolysis of biochar prepared from slow and fast pyrolysis: The effects of particle residence time on char properties

This paper investigates the evolution of char properties with particle residence time during rapid pyrolysis of biochar under conditions pertinent to pulverized fuel (PF) applications. Two biochar samples were considered, prepared via slow (S-BC) and fast (F-BC) pyrolysis of mallee wood (150–250 µm) at 500 °C and two different heating rates (10 °C/s and ∼400 °C/s), respectively. The biochar samples were then subjected to rapid pyrolysis at 1300 °C using a novel drop-tube furnace (DTF), which enables direct determination of char yield experimentally. The evolution of char yield, the release of alkali and alkaline earth metallic (AAEM) species, and particle size and shape during rapid pyrolysis are investigated as a function of particle residence time (0.45 s to 1.4 s). The results show that char yields decrease from ∼77% to 75% when particle residence time increases from 0.45 s to 1.4 s. Rapid pyrolysis of F-BC has slightly higher char yields, due to the higher ash content of F-BC. More Cl in F-BC facilitates the release of Na during rapid pyrolysis, leading to the lower retention of Na in FC than in SC. Nevertheless, the retentions of K (∼90%), Mg (∼85%), and Ca (∼90%) are higher in FC, which can be ascribed to its higher contents of oxygen after rapid pyrolysis. The investigation of particle size and shape shows that biochar particles exhibit little changes after rapid pyrolysis, indicating their strong resistance to shrinkage and deformation even at high temperature.     

低变质煤-循环煤气微波共热解研究

低变质煤干馏热解生产兰炭、煤焦油、煤气被认为是其清洁高效转化利用的最佳途径。现有主流生产工艺普遍对原煤具有一定的粒度要求,煤焦油产量较低、质量不高,煤气中H₂,CH₄,CO等有效组分含量较低。为进一步提高低变质煤热解时煤焦油收率和质量,提出将微波热解低变质煤产生的煤气循环通入微波热解反应器中,进行低变质煤-循环煤气微波共热解。结合FTIR及GC-MS等对热解产品的分析表征,系统考察了微波功率、热解时间、煤样粒度对热解产品收率及组成的影响。研究结果表明： 低变质煤在循环煤气流量为0.4 L·min-1、微波功率为800 W、热解时间为40 min、煤样粒度为5～10 mm的工艺条件下热解,所得固体产品兰炭收率达62.2%,液体产品（煤焦油和热解水）收率达26.8%。不同微波功率及热解时间下所得兰炭红外谱线基本重合; 不同粒度煤样热解所得兰炭中—OH,CO, CC和C—O官能团含量差别较大。提高微波功率、延长热解时间、减小煤样粒度均有利于煤焦油的轻质化。     

小型流化床内化学链热解煤焦油实验研究

为优化煤焦油化学链热解的工况参数,采用Fe/Al复合载氧体在小型流化床反应器内进行了煤焦油化学链热解实验,考察了燃料反应器温度、载氧体/煤焦油摩尔比及反应时间对热解结果的影响,对炭黑收率、气相产物的体积分数进行分析,并计算了实验系统的碳平衡及能量转化率。结果表明,炭黑收率随温度和载氧体/煤焦油摩尔比升高先增后减,在温度950℃和摩尔比3时达到最大,气相产物中CO和H2体积份额为70%左右,继续升高炉温和摩尔比会降低CO份额。系统碳平衡为95.5%以上,误差较小,则系统能量转化率最高可达到87%.通过表观气速变化改变反应时间从2.1s增大到3.5s时,炭黑收率及能量转化率无明显变化,由此确定了化学链热解煤焦油的优化运行参数.     

多聚磷酸铵对再造烟叶热解行为与CO释放量的影响

应用热重分析研究多聚磷酸铵(APP)对再造烟叶热解行为的影响．热分析结果表明,APP降低再造烟叶热降解速率及其热释放量、促进了碳的形成,对再造烟叶的热降解起一定的阻碍作用．此外APP显著影响再造烟叶的热解过程中的气相产物,再造烟叶的CO单支释放量与单口释放量随着APP含量的增加快速下降．慢速热解与闪解实验结果显示升温速率是APP降低CO释放的关键因素．