液化残渣的微波热解与常规热解对比分析（英文）

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3 437.6,1 632.0cm~(-1)以及1 079.99cm~(-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H_2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C_(20)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。     

TG-FTIR法研究低变质煤共热解过程气体的析出规律

采用热重-红外联用技术（TG-FTIR）对比研究了陕北低变质粉煤（SJC）与重油（HS）、焦煤（JM）、液化残渣（DCLR）共热解过程中气相产物的析出特性。研究表明,随热解温度升高,SJC与HS,JM,DCLR的共热解过程均可分为三个阶段。第一阶段表现为原料表面吸附物的释放,第二阶段发生解聚和分解反应,随温度继续升高,第三阶段形成更为稳定的半焦。在热解第二阶段中均存在煤与添加剂之间的协同效应,SJC作为主要的供氢体,热解产生的氢自由基与HS,JM,DCLR热解产生的小分子自由基碎片之间发生相互作用生成焦油和煤气。SJC和SJC+DCLR在450 ℃附近的温度区间内热解反应进行的更加充分,大部分N元素转移到了焦油组分中。热解过程气相产物中H₂O和酚类物质、含N杂环物质及CO的析出伴随着热解的整个温度区间,SJC+JM和SJC+HS热解过程含N物质的转移主要集中在400~650 ℃区间,CH₄和脂肪烃类物质的析出最高峰出现在450 ℃附近,而SJC+DCLR和SJC则出现在550 ℃。JM,HS及DCLR的添加可促使焦油中芳香族化合物的析出,SJC+JM与SJC+HS热解过程芳香族物质大量析出的温度区间在400~550 ℃。该研究结果为低变质粉煤的清洁转化与提质分级新技术的研究开发提供理论依据,对低变质煤的增值利用具有重要的意义。     

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。     

稻壳热解的动力学模拟

生物质热解过程的动力学行为研究对于热化学转化过程机理的掌握和热化学转化技术的开发具有重要意义.本文采用Miller模型对稻壳在低升温速率下的热解进行了动力学模拟,并利用热重分析实验结果对模拟过程的有效性进行了对比验证.模拟计算结果显示气体百分含量在650～780K范围内随温度升高迅速增加,炭含量在500～680K之间随温度升高迅速下降,焦油含量随着温度升高在650K左右达到最高值.同时升温速率的提高可以抑制炭的生成,增加气体和焦油最大产量,在100K/min的升温速率下,气体产量在780K达到最大56.3%,焦油产量在678K左右达到最大26.8%.     

中温沥青超声萃取物的热解特性与分子结构间关联性的FTIR解析

沥青分子结构和沥青热转化行为的调控是制备高品质沥青基炭材料的关键。为进一步明晰沥青热解行为与沥青分子结构间的关联性,选用8种有机溶剂对中温沥青（AGMP）在常温下进行超声萃取处理得到8 种萃取物。利用 PeakFit v4.12 软件对各种萃取物的红外光谱吸收峰700~900,1 000~1 800,2 800~3 000和3 000~3 100 cm-1四个区域进行了分峰拟合处理,从而获得了萃取物所含各种官能团的精细结构信息,并引入6种分子结构参数（I₁~I₆）,表征萃取物分子结构与热解活化能的关系。傅里叶变换红外光谱(FTIR)谱图分析表明8种萃取物主要是以含氧、含氮等杂原子的脂肪烃侧链为主的缩合芳香环结构组成的复杂化合物。由于萃取剂结构差异,萃取物中的分子结构参数也略有差异。线性结构萃取剂所得萃取物链烃（I₅）含量较高,环结构萃取剂所得萃取物芳环（I₆）取代结构较多。利用热重分析法（TGA）在不同升温速率（3,6,10,15 K·min-1）下对8种萃取物的热失重行为进行了研究,在等转化率不考虑反应机理的情况下,依据Flynn-Wall-Ozawa法和Kissingr-Akahira-Sunose 法解析得出8 种萃取物的热解活化能（E_a）。结果表明8种萃取物热解活化能在78～116 kJ·mol-1之间,其值大小与官能团结构及含量密切相关。将红外光谱定量分析获得的萃取物红外结构参数与热解活化能进行关联,通过详细分析探讨不同萃取物结构参数与热解活化能的一元线性回归E_a=f(I_i)的分析结果发现,芳香性指数（I₃）和支链化程度（I₅）是决定萃取物热解活化能大小的主要指标,热解活化能与各单一指标（I_i）拟合结果的正负相关性,表示这一结构从体系中被热解破坏的难易程度。综合考虑各红外结构参数的共同作用,AGMP萃取物热解活化能与红外光谱结构指标之间的拟合关系模型为E_a=-4 294.53I₁+73 812.16I₂+207 673.32I₃-20 324.20I₄-168.56I₅+857.86I₆。结合红外分析得到的这一结果,揭示了更多关于煤沥青的热解特性和动力学的细节信息,有助于理解煤沥青的热解过程和热转化行为。     

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。     

最小化二次反应下聚乙烯热解焦油特性

在400~500℃温度范围内,分别采用金属网反应器和水平管式炉开展了聚乙烯的热解实验。结果发现:金属网反应器的500℃热解焦油中检测到15.68%的环烷烃,而管式炉热解焦油中未检测到环烷烃的存在。结果表明:在二次反应存在的条件下,环烷烃会进一步分解为直链烷烃和烯烃。在100 K/s升温速率,热解终温500℃下,停留0.1 s时未检测到C≥31的烃,停留10 s时C≥31的烃含量为10.06%,当停留时间增加到30 s时,C≥31的烃含量增加到14.01%。因此,聚乙烯热解初期先释放出小分子量的烃,随着热解时间增长会有一部分大分子烃释放出来。     

碱木质素、聚糖和LCC组分对黑液热解产物特性的影响

对麦草碱法制浆黑液中三种主要有机组分碱木质素、聚糖和木质素-碳水化合物复合体(LCC)的热解产物特性进行了研究,探讨了三种有机组分对黑液热解产物的影响规律.结果显示,黑液低温热解产生的CO来自于聚糖组分;碱木质素和LCC组分是黑液热解焦油中酚类化合物的主要来源,而热解焦油中呋喃类化合物主要是由聚糖组分热解产生的;碱木质素、聚糖和LCC半焦水蒸气气化过程中固体转化率随半焦形成温度的升高而减小.     

污泥低温热解过程中含硫气体释放实验研究

对污水处理厂污泥空干基进行了低温热解实验,研究了N₂、空气和CO₂气氛下六种含硫气体（H₂S、SO₂、CH₃SH、CS₂、C₂H₆S₂和COS）的释放特性,分析了其释放机理。结果表明:污泥低温热解时释放的含硫气体主要以H₂S、SO₂和CH₃SH形态为主,同时伴有少量CS₂、C₂H₆S₂和COS生成。H₂S、SO₂和CH₃SH生成机理以有机硫转化途径为主。FeS₂与CH₄的反应是CS₂生成的可能途径,CH₃SH的存在为C₂H₆S₂的生成提供了条件。CO₂促进了固态有机硫向气态硫的转化,O₂促进了已生成的CH₃SH的分解。     

钙钛矿(C6H5CH2NH3)2PbBr4拉曼光谱研究

运用激光拉曼光谱实验和密度泛函理论计算研究了450～1 700 cm-1光谱范围内有机-无机杂化钙钛矿材料(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄的振动模式特性。对比实验所得拉曼光谱和理论计算所得拉曼光谱,发现密度泛函理论计算可以很好的模拟(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄有机部分的分子振动模式。同时通过比较分析密度泛函理论计算和参考文献,对450～1 700 cm-1光谱范围内的拉曼峰的分子振动模式进行了初步的归属,并发现该光谱范围内的拉曼峰主要是由(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄分子中有机部分振动所产生的。     

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分别采用空气、氩气大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体对重油进行了处理.对经空气DBD等离子体处理后的重油进行粘温特性分析,发现重油粘度升高,流动性变差.红外光谱和四组分分析结果表明重油的重质组分含量升高,重油胶体体系被破坏,同时生成大量刺激性气味气体.为了便于分析气态产物的成分和含量,采用大气压氩气DBD等离子体处理重油并收集气体产物.气相色谱分析发现生成气中含有大量C1-C5的烃类和一定量氢气,其中氢气和甲烷含量占生成气的70％以上.实验结果表明重油在等离子体作用下既发生裂解又发生聚合反应,既生成低碳烃类,本身的流动性也变差.     

激光拉曼光谱法测定天然气组成标准研究

进行了天然气组成分析-激光拉曼光谱法标准化研究,探讨了激光拉曼天然气组成分析方法标准化的可行性。采用激光拉曼光谱进行天然气组成分析,无需将天然气中各组分分离便可实现多组分同步检测,减少分析时长,提高测量的实时性,实现快速分析,通过国内外激光拉曼天然气分析方法和标准的研究和实验,掌握了国内外激光拉曼天然气分析方法技术现状及发展方向,积累了激光拉曼天然气分析试验数据,结果表明激光拉曼天然气分析具有可快速检测(10 s)、连续记录和操作简单的优点,适用于天然气录井、井站、集气站原料气气质分析和天然气净化处理中过程控制中实时快速获取气质数据,建议制定激光拉曼光谱天然气分析方法标准,测量组分为CO₂,N₂,H₂S,CH₄,C₂H₆,C₃H₈,测量范围分别为：CH₄：75%~99.9%,C₂H₆：0.005%~20%,C₃H₈：0.005%~10%,H₂S：0.001 5%~10%,N₂：0.02%~10%,CO₂：0.01%~10%(上述浓度均为摩尔分数),为上游领域天然气勘探开发及过程控制服务。     

FTIR分峰拟合法定量分析精制煤沥青热转化过程的结构变化

精制煤沥青(QI＜0.2%)是制备煤系针状焦的原料，其热转化性质决定着所生产的煤系针状焦的质量。利用FTIR光谱及分峰拟合的方法考察了精制煤沥青在不同热转化温度下的结构变化。主要研究了芳香性指数(Iar)、支链化指数(CH₃/CH₂)、各基础官能团(C==O， C-O，芳环C==C)含量、芳环取代种类的变化情况。结果表明：精制煤沥青的Iar指数随着热转化温度的提高，逐渐变大，并且CH₃/CH₂指数逐渐增大，说明精制煤沥青热转化过程中支链的断裂形成活性位点是诱导芳香环增大的原因之一；随着热转化温度的升高，C==O含量由最初的26.25%降低为15.62%，芳环C==C含量由43.39%增加为51.28%，而C-O含量变化很少，说明C==O是诱导大分子芳环缩合反应的重要因素；精制煤沥青中芳环1H和3H含量随着温度升高逐渐减小，而4H含量逐渐升高，说明芳环取代逐渐减小，芳香性逐渐增加，与Iar分析结果相吻合。     

低山丘陵坡耕地秸秆覆盖轮耕土壤WSOC的荧光特征

为了提高坡耕地的秸秆还田效率，增加土壤有机质，探索一种适于坡耕地的基于种养结合的保护性耕作方式。采用田间小区试验，研究了秸秆覆盖轮耕技术（包括当季秸秆覆盖+休闲、上季秸秆覆盖+旋耕）与常规耕作（秸秆移除后旋耕）对土壤水溶性有机碳（WSOC）荧光特征及团聚体有机碳的影响。结果表明：砂质暗棕壤坡耕地秸秆覆盖旋耕（SRT）、秸秆覆盖休闲（SFT）与秸秆不还田的常规耕作（CRT）处理土壤WSOC均解析出C1，C2，C3和C4等4组荧光组分，主要为紫外光区与可见光区类富里酸（Peak A 和Peak C）、类胡敏酸（F）和短波类色氨酸（类蛋白B、D峰）等成分。秸秆覆盖旋耕处理提高了类富里酸（Peak A和Peak C）和类蛋白组分C4含量，C1和C2组分较覆盖休闲和常规耕作分别提高112.73%，109.35%和107.77%，66.07%，C4组分较SFT与CRT处理提高28.26%和42.31%，差异显著，而常规耕作处理来自于自生源腐殖质组分的胡敏酸C3含量增加，较覆盖旋耕和覆盖休闲处理分别增加16.76%和49.74%；0～20 cm耕层土壤团聚体有机物主要分布在<0.053 mm的矿物质结合态（MOM）中，平均占比为63.90%，其次为0.25～0.053 mm细颗粒态有机物（oPOM），占比为23.8%，粗颗粒态有机物（>0.25 mm）中含量最低，仅为11.2%；与秸秆不还田比较，坡耕地秸秆覆盖还田增加了植物来源的新鲜有机质的形成，表现为＞0.053 mm的闭蓄态有机碳（oPOC）含量的增加，以覆盖旋耕处理oPOC增加较大，而秸秆不还田的CRT处理增加了MOM占比；覆盖旋耕处理FI和HIX值增大，土壤腐殖质积累趋势增强，为低山丘陵区坡耕地实施秸秆覆盖还田的保护性耕作技术提供了科学依据。     

The interaction of C2Cl4 with fe(110)

Quantitative adsorption studies, temperature programmed desorption (TPD) and Auger spectroscopy have been used to study the interaction of C₂Cl₄ with Fe(110) at 90 and 325 K. At 90 K, multilayer C₂Cl₄ adsorption occurs. The following desorption products are observed in the temperature range of 90–1050 K: C₂Cl₄ from the multilayer and the monolayer, FeCl₂, and a high mass iron chloride species with mass spectrometer cracking products FeCl⁺₂, FeCl⁺, and Fe⁺. Irreversible dissociative C₂Cl₄ adsorption occurs at 325 K and the only desorption product which is observed is the high mass iron chloride species. Auger spectroscopy shows that surface carbon from C₂Cl₄ starts to diffuse into the bulk of the crystal at ˜ 480 K while small coverages of chlorine remain on the surface of the crystal even after heating to 1050 K. Comparison of the behavior of C₂Cl₄ and CCl₄ on Fe(110) indicates that radical products (·CCl₃ and :CCl₂) observed to be produced from CCl₄ adsorption are not produced from C₂Cl₄ adsorption. This difference is probably due to the enhanced surface reactivity of the C=C bond in C₂Cl₄. A special reactivity of iron defect sites for C₂Cl₄ is observed through the production of associated FeCl₂ species which desorb via zero-order kinetics with an activation energy of 44.8 ± 8.5 kcal/mol, the sublimation enthalpy of FeCl₂.     

煤系针状焦原料在成焦过程中的XRD结构分析

低QI(原生喹啉不溶物)含量的软沥青（SCTP）是制备煤系针状焦的优选原料,研究其在成焦过程中的结构变化有助于高品质针状焦的研制。基于样品的X射线衍射（XRD）数据,利用Smarsly团队开发的CarbX软件对其全谱拟合,定量出SCTP在不同炭化温度（400,500,600,800,1 000,1 200和1 400 ℃）下的微晶结构参数,进而在纳米尺度下研究SCTP的热致结构变化情况。结果表明,随炭化温度升高,微晶堆垛的石墨烯层大小L_a从初始沥青的10.3 Å逐步增大到1 400 ℃的47.9 Å,但在500 ℃前L_a增加缓慢,只有当温度超过800 ℃后,L_a才显著增大,这表明需要800 ℃以上的高温才能使交联石墨烯层内的原子重组,进而导致微晶长大。然而,石墨烯碳网的C—C键长l_cc受温度的影响很小,在1.41~1.42 Å范围内变化。由于SCTP在液相炭化成半焦过程中存在中间相转化,导致微晶堆垛高度L_c在500 ℃前逐步增大,在500 ℃时达到最大（L_c=31.1 Å）,随后由于半焦进一步热解缩聚,使L_c逐步减小,在1 000 ℃时达到最低点（L_c=15.4 Å）,超过1 000 ℃后又开始增大。与L_c的变化趋势相同,堆垛的石墨烯层数N从原始沥青的2.66层增加到500 ℃的约9.05层,随后减小到1 000 ℃的4.55层,超过1 000 ℃后又开始增大。由于500 ℃前样品仍处于沥青态,所以此阶段微晶的石墨烯层间距a₃都较大,约为3.50 Å。当在500 ℃变为半焦后,a₃迅速减小至3.44 Å。随后温度升高,a₃在1 000 ℃达到最小（a₃=3.39 Å）,1 000 ℃后又开始增大,这表明焦炭经历了收缩再膨胀过程。通过CarbX软件拟合样品的XRD数据,除了可得到样品炭微晶的主要尺寸（L_a,L_c,N,a₃）信息外,还可获得这些参数的分散性（k_a,k_c,σ₃,ε₃）以及堆垛的取向性（q）、均匀性（η）和无序碳含量（c_un）等信息,有利于深入了解样品的微观结构,有助于优质针状焦的生产。